DE102019104800A1

DE102019104800A1 - Device for determining a movement corridor for lightweight aircraft

Info

Publication number: DE102019104800A1
Application number: DE102019104800.1A
Authority: DE
Inventors: Fabian Klüßendorf; Paul Stevens; Steve Tate
Original assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Current assignee: Aalto Haps Ltd
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2020-08-27
Also published as: US11893895B2; WO2020173889A1; EP3931812A1; US20220139236A1; WO2020173889A8

Abstract

Es ist eine Vorrichtung (100) zum Ermitteln eines Bewegungskorridors für Leichtbauluftfahrzeuge (200) angegeben. Die Vorrichtung weist eine erste Schnittstelle (110), eine zweite Schnittstelle (120) und eine Recheneinheit (140) auf. Die erste Schnittstelle (110) ist ausgeführt, Luftfahrzeugdaten betreffend das Leichtbauluftfahrzeug (200) zu erhalten, wobei die Luftfahrzeugdaten zumindest Flugeigenschaften und Funktionen des Leichtbauluftfahrzeugs enthalten. Die zweite Schnittstelle (120) ist ausgeführt, Wetterdaten von einer Wetterinformationsquelle (300) zu erhalten, wobei die Wetterdaten Wettervorhersagen sowie aktuelle Wetterdaten enthalten und zumindest Luftbewegungen in einem Höhenprofil zwischen einer maximalen Flughöhe des Leichtbauluftfahrzeugs und der Erdoberfläche enthalten. Die Recheneinheit (140) ist ausgeführt, die Luftfahrzeugdaten mit den Wetterdaten abzugleichen und einen wahrscheinlichen Bewegungskorridor des Luftfahrzeugs zu ermitteln.A device (100) for determining a movement corridor for lightweight aircraft (200) is specified. The device has a first interface (110), a second interface (120) and a computing unit (140). The first interface (110) is designed to receive aircraft data relating to the lightweight aircraft (200), the aircraft data containing at least flight characteristics and functions of the lightweight aircraft. The second interface (120) is designed to receive weather data from a weather information source (300), the weather data containing weather forecasts and current weather data and at least containing air movements in an altitude profile between a maximum flight altitude of the lightweight aircraft and the surface of the earth. The computing unit (140) is designed to compare the aircraft data with the weather data and to determine a probable movement corridor of the aircraft.

Description

Gebiet der ErfindungField of invention

Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein das technische Gebiet der Luftfahrt. Insbesondere betrifft die Beschreibung eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Bewegungskorridors für Leichtbauluftfahrzeuge. Weiterhin betrifft die Beschreibung ein System bzw. einen Verbund aus einer solchen Vorrichtung und einem Luftfahrzeug, insbesondere einem unbemannten und hochfliegenden Luftfahrzeug.The present description relates generally to the technical field of aviation. In particular, the description relates to a device for determining a movement corridor for lightweight aircraft. Furthermore, the description relates to a system or a combination of such a device and an aircraft, in particular an unmanned and high-flying aircraft.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Grundsätzlich unterliegen Luftfahrzeuge hohen Sicherheitsanforderungen. Diese Sicherheitsanforderungen betreffen sowohl den Betrieb der Luftfahrzeuge als solches als auch die Umgebung der Luftfahrzeuge einschließlich möglicher Auswirkungen der Luftfahrzeuge auf die Umgebung und insbesondere auf die Erdoberfläche.In principle, aircraft are subject to high safety requirements. These safety requirements concern both the operation of the aircraft as such and the environment of the aircraft including possible effects of the aircraft on the environment and in particular on the surface of the earth.

Um ein gewisses Maß der Betriebssicherheit zu erreichen und/oder nachzuweisen, kann ein Luftfahrzeug und dessen Komponenten vor dem Einsatz auf ihre Betriebssicherheit und/oder Ausfallwahrscheinlichkeit untersucht werden. Die Ausfallwahrscheinlichkeit des Gesamtsystems Luftfahrzeug kann dabei dadurch beeinflusst werden, dass bestimmte Komponenten redundant vorgehalten werden. Ab einem bestimmten Wert der Ausfallwahrscheinlichkeit gilt ein Luftfahrzeug als ausreichend sicher.In order to achieve and / or prove a certain level of operational safety, an aircraft and its components can be examined for operational safety and / or failure probability before use. The probability of failure of the overall aircraft system can be influenced by the fact that certain components are kept redundant. Above a certain value of the failure probability, an aircraft is considered to be sufficiently safe.

Ist ein Luftfahrzeug allerdings nur für sehr eingeschränkte Betriebsbedingungen einsatzfähig, beispielsweise auf Grund der strukturellen und funktionalen Ausgestaltung des Luftfahrzeugs, stellen sich hohe Anforderungen an die strategische und operationelle Flugplanung. Insbesondere auch in einem automatischen Betrieb und bei längeren Abständen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Telemetrie- oder Kommandoübertragungen spielt der Umgang mit operativen Wahrscheinlichkeiten und Ungenauigkeiten eine wichtige Rolle. Hier können ebenfalls Position und Verhalten des Luftfahrzeugs in Betracht gezogen werden.However, if an aircraft can only be used for very limited operating conditions, for example due to the structural and functional design of the aircraft, high demands are placed on strategic and operational flight planning. Dealing with operational probabilities and inaccuracies plays an important role, especially in automatic operation and with longer intervals between two successive telemetry or command transmissions. The position and behavior of the aircraft can also be taken into account here.

Die strategische Flugplanung wird vorliegend dahingehend verstanden, dass sie Fragen der örtlichen und zeitlichen Planung betreffend die Durchführung eines Flugs vor Beginn des Flugs betrifft. Die strategische Flugplanung kann als flugvorbereitende Flugplanung bezeichnet werden. Die operationelle Flugplanung betrifft hingegen Fragestellungen während des Flugs und erlaubt, dynamisch während des Flugs in die Durchführung des Flugs einzugreifen bzw. drohende Konflikte entlang einer geplanten Flugroute zu erkennen und ggf. zu vermeiden. Die operationelle Flugplanung kann als flugbegleitende Flugplanung bezeichnet werden.In the present case, strategic flight planning is understood to mean that it relates to questions of spatial and temporal planning relating to the implementation of a flight before the start of the flight. Strategic flight planning can be referred to as flight preparation flight planning. Operational flight planning, on the other hand, relates to issues during the flight and allows dynamic interventions in the execution of the flight during the flight and / or recognizing and possibly avoiding impending conflicts along a planned flight route. Operational flight planning can be referred to as flight-accompanying flight planning.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Es kann als Aufgabe der Erfindung betrachtet werden, die flugbegleitende Flugplanung für Luftfahrzeuge für große Höhen (sog. Pseudo-Satelliten für große Höhen, oder high altitude pseudo satellites, HAPS), insbesondere für Luftfahrzeuge mit großer Spannweite und niedrigem Gewicht sowie geringem Energiebedarf, zu vereinfachen.It can be regarded as an object of the invention to provide flight-accompanying flight planning for aircraft for high altitudes (so-called pseudo-satellites for high altitudes, or high altitude pseudo satellites, HAPS), in particular for aircraft with large wingspan and low weight and low energy requirements simplify.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung.This object is achieved by the subject matter of the independent claim. Further embodiments emerge from the dependent claims and from the following description.

Gemäß einem Aspekt ist eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Bewegungskorridors für Leichtbauluftfahrzeuge, insbesondere für Leichtbauluftfahrzeuge für große Flughöhen, angegeben. Die Vorrichtung weist eine erste Schnittstelle, eine zweite Schnittstelle und eine Recheneinheit auf. Die erste Schnittstelle ist ausgeführt, Luftfahrzeugdaten betreffend das Leichtbauluftfahrzeug zu erhalten, wobei die Luftfahrzeugdaten zumindest Flugeigenschaften und Funktionen des Leichtbauluftfahrzeugs enthalten. Die zweite Schnittstelle ist ausgeführt, Wetterdaten von einer Wetterinformationsquelle zu erhalten, wobei die Wetterdaten Wettervorhersagen sowie aktuelle Wetterdaten sind und zumindest Luftbewegungen in einem Höhenprofil zwischen einer maximalen Flughöhe des Leichtbauluftfahrzeugs und der Erdoberfläche enthalten. Die Recheneinheit ist ausgeführt, unter anderem die Luftfahrzeugdaten mit den Wetterdaten abzugleichen und einen wahrscheinlichen Bewegungskorridor des Luftfahrzeugs zu ermitteln. Es ist möglich, dass für diesen Schritt zusätzlich Daten über das Luftfahrzeug sowie dessen Beladung und/oder Planungsdaten betreffend eine Flugroute (u.a. Startpunkt, Flugroute, Zielpunkt oder Landepunkt) heranzuziehen.According to one aspect, a device for determining a movement corridor for lightweight aircraft, in particular for lightweight aircraft for high altitudes, is specified. The device has a first interface, a second interface and a computing unit. The first interface is designed to receive aircraft data relating to the lightweight aircraft, the aircraft data containing at least flight characteristics and functions of the lightweight aircraft. The second interface is designed to receive weather data from a weather information source, the weather data being weather forecasts and current weather data and containing at least air movements in an altitude profile between a maximum altitude of the lightweight aircraft and the surface of the earth. The computing unit is designed, among other things, to compare the aircraft data with the weather data and to determine a probable movement corridor of the aircraft. It is possible for this step to use additional data about the aircraft and its load and / or planning data relating to a flight route (including starting point, flight route, destination or landing point).

Als Leichtbauluftfahrzeug im Zusammenhang mit dieser Beschreibung wird insbesondere ein unbemanntes Luftfahrzeug mit einem Gewicht unterhalb von 200 kg, bevorzugt unterhalb von 150 kg, weiter bevorzugt unterhalb von 100 kg verstanden. Die Angaben über das Gewicht beziehen sich insbesondere jeweils auf das maximale Gewicht während des Betriebs des Leichtbauluftfahrzeugs. Das Leichtbauluftfahrzeug zeichnet sich durch eine Spannweite der Tragflächen über 10 m, bevorzugt über 15 m, weiter bevorzugt über 20 m aus. Bezogen auf die Spannweite ist das Gewicht des Leichtbauluftfahrzeugs also sehr niedrig. Ein niedriges Verhältnis zwischen Gewicht bezogen auf die Spannweite kann natürlich auch mit höheren Werten für Gewicht und Spannweite erreicht werden. Beispielsweise kann das Flugzeug 400 kg bei einer entsprechend hohen Spannweite von über 50 m oder gar über 70 m aufweisen. Ein solches Luftfahrzeug ist natürlich auch als Leichtbauluftfahrzeug zu verstehen. Das Leichtbauluftfahrzeug kann so ausgestaltet sein, dass es eine Einsatzdauer ohne Zwischenlandung auf der Erdoberfläche oder einer anderen fliegenden Plattform über mehrere Tage, beispielsweise mehr als 5, mehr als 10, oder sogar mehr als 20 Tage bis hin zu 100 oder 200 Tagen, bewältigen kann. Es ist ebenso denkbar, dass das Leichtbauluftfahrzeug auf erneuerbare Energiequellen oder die Sonnenstrahlung, zugreift, um Energie für das Betreiben des Leichtbauluftfahrzeugs zu erzeugen und dadurch die lange ununterbrochene Betriebsdauer zu ermöglichen.A lightweight aircraft in connection with this description is understood to mean in particular an unmanned aircraft with a weight of less than 200 kg, preferably less than 150 kg, more preferably less than 100 kg. The information on the weight relates in particular to the maximum weight during operation of the lightweight aircraft. The lightweight aircraft is characterized by a wingspan of the wings over 10 m, preferably over 15 m, more preferably over 20 m. In relation to the wingspan, the weight of the lightweight aircraft is very low. A low ratio between weight in relation to the span can of course also be achieved with higher values for weight and span. For example, this can Aircraft have 400 kg with a correspondingly high wingspan of over 50 m or even over 70 m. Such an aircraft is of course also to be understood as a lightweight aircraft. The lightweight aircraft can be designed so that it can cope with a duration of use without a stopover on the earth's surface or another flying platform over several days, for example more than 5, more than 10, or even more than 20 days up to 100 or 200 days . It is also conceivable that the lightweight aircraft accesses renewable energy sources or solar radiation in order to generate energy for operating the lightweight aircraft and thereby enable the long uninterrupted operating time.

Unter einem Luftfahrzeug im Sinne dieser Beschreibung kann insbesondere ein Luftfahrzeug mit den oben beschriebenen Rahmenbedingungen betreffend Gewicht, Spannweite und Eignung für die genannte Flughöhe sein. Bei einem Luftfahrzeug kann es sich aber allgemein um einen Flugkörper handeln, z.B. ein solcher, der für das Transportieren einer Last ausgelegt ist, oder ein sogenannter Leichter-als-Luft-Flugkörper. Beispielsweise kann unter einem Luftfahrzeug auch ein Flugkörper mit Missionskomponenten zum Ausführen von Missionen verstanden werden. Beispiele für eine Missionskomponente sind: Umgebungssensoren (beispielsweise elektro-optische Sensoren, Gassensoren, Partikelsensoren, Temperatursensoren), Sende-/Empfangseinheiten für Funk- oder Radarsignale, Zielmarkierungseinheiten, etc.An aircraft in the sense of this description can in particular be an aircraft with the general conditions described above relating to weight, wingspan and suitability for the above-mentioned flight altitude. However, an aircraft can generally be a missile, e.g. one designed to carry a load or a so-called lighter-than-air missile. For example, an aircraft can also be understood to mean a missile with mission components for carrying out missions. Examples of a mission component are: environmental sensors (for example electro-optical sensors, gas sensors, particle sensors, temperature sensors), transmitting / receiving units for radio or radar signals, target marking units, etc.

Das Leichtbauluftfahrzeug weist eine Antriebseinheit, beispielsweise mindestens einen Propeller und damit gekoppelte Kraftmaschinen, auf. Die Kraftmaschinen sind bevorzugt elektrisch betrieben. Um Energie an die Kraftmaschinen bereitzustellen, kann eine Brennstoffzelle oder wiederaufladbare Batterien an Bord des Leichtbauluftfahrzeugs vorgesehen sein. Ebenfalls kann das Leichtbauluftfahrzeug eine Fotovoltaik-Anlage aufweisen, um basierend auf dem Licht der Sonne elektrische Energie bereitzustellen.The lightweight aircraft has a drive unit, for example at least one propeller and power machines coupled to it. The prime movers are preferably operated electrically. In order to provide energy to the prime mover, a fuel cell or rechargeable batteries can be provided on board the lightweight aircraft. The lightweight aircraft can also have a photovoltaic system in order to provide electrical energy based on the light of the sun.

Das Leichtbauluftfahrzeug kann insbesondere für Flugeinsätze in der Stratosphäre vorgesehen und geeignet sein. Die Stratosphäre erstreckt sich zwischen einer Höhe von 11 bis 50 km über Normalnull. Das Leichtbauluftfahrzeug kann beispielsweise im unteren Drittel der Stratosphäre fliegen, d.h. zwischen 11 und 25 km über Normalnull.The lightweight aircraft can be provided and suitable in particular for flight missions in the stratosphere. The stratosphere extends between 11 and 50 km above sea level. For example, the lightweight aircraft can fly in the lower third of the stratosphere, i.e. between 11 and 25 km above sea level.

Die maximale Flughöhe des Leichtbauluftfahrzeugs kann eine bauartbedingte maximale Flughöhe oder eine missionsgebundene maximale Flughöhe sein. Die missionsgebundene maximale Flughöhe ist eine für eine Mission vorgegebene oder vorgesehene maximale Flughöhe.The maximum altitude of the lightweight aircraft can be a design-related maximum altitude or a mission-related maximum altitude. The mission-bound maximum flight altitude is a maximum flight altitude specified or intended for a mission.

Die Daten, welche über die erste Schnittstelle erhalten werden, beschreiben bzw. betreffen den Zustand des Leichtbauluftfahrzeugs. Zustandsinformationen sind insbesondere solche Informationen, welche sich während der Betriebszeit des Luftfahrzeugs verändern, beispielweise Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung, Position, Ladungszustand der Batterien. Im Gegensatz zu diesen veränderlichen Zustandsinformationen werden Konfigurationsinformationen bevorzugt nicht an die Vorrichtung übertragen. Solche Konfigurationsinformationen sind beispielsweise die Batteriekapazität, der Widerstandsbeiwert, die Masse der Nutzlast.The data that are received via the first interface describe or relate to the condition of the lightweight aircraft. Status information is in particular information that changes during the operating time of the aircraft, for example speed, direction of movement, position, state of charge of the batteries. In contrast to this variable status information, configuration information is preferably not transmitted to the device. Such configuration information is, for example, the battery capacity, the drag coefficient, the mass of the payload.

Manövrierfähig ist das Leichtbauluftfahrzeug dann, wenn es mit aktiven und passiven Systemen eine gewünschte Bewegungsrichtung oder allgemein Flugtrajektorie trotz Umwelt- oder Wettereinflüssen beibehalten kann. In anderen Worten ergibt sich die Manövrierfähigkeit daraus, dass das Leichtbauluftfahrzeug den Umwelt- oder Wettereinflüssen standhalten kann und nicht von einem einzuhaltenden Kurs oder Korridor abgetrieben wird und auch keine strukturellen oder funktionalen Schäden davonträgt. Aktive Systeme sind insbesondere der Antrieb des Leichtbauluftfahrzeugs. Passive Systeme sind insbesondere Steuerklappen oder Steuerflächen an dem Leichtbauluftfahrzeug, insbesondere an seinem Rumpf oder seinen Tragflächen.The lightweight aircraft is maneuverable if, with active and passive systems, it can maintain a desired direction of movement or, in general, flight trajectories despite environmental or weather influences. In other words, the maneuverability results from the fact that the lightweight aircraft can withstand the effects of the environment or weather and is not drifted off a course or corridor to be adhered to and does not suffer any structural or functional damage. Active systems are, in particular, the propulsion system for lightweight aircraft. Passive systems are in particular control flaps or control surfaces on the lightweight aircraft, in particular on its fuselage or its wings.

Die hier beschriebene Vorrichtung eignet sich somit insbesondere für eine flugbegleitende Flugplanung von Leichtbauluftfahrzeugen für den Einsatz bei großen Flughöhen. Leichtbauluftfahrzeuge, auf welche hierin Bezug genommen wird, unterliegen teilweise starken Einflüssen des Wetters. Die Vorrichtung ermöglicht es, diesen Einfluss zu bestimmen und einen möglichen oder wahrscheinlichen Bewegungskorridor des Luftfahrzeugs unter der gegebenen Wetterlage sowie unter Berücksichtigung der Unsicherheit zu bestimmen. Weiterhin kann die hier beschriebene Vorrichtung dazu dienen, dass eine Arbeitsbelastung des Bedienpersonals reduziert wird, indem frühzeitig erkannt werden kann, ob innerhalb der nächsten Betriebsstunden oder Tage ein potentieller Konflikt zwischen Flugroute und Umgebungsbedingungen vorliegen kann. Die sich ergebenden Erkenntnisse aus der Untersuchung der Umgebungsbedingungen können auch für einen automatischen oder teilautomatischen Flugbetrieb des Luftfahrzeugs herangezogen werden.The device described here is therefore particularly suitable for flight planning of lightweight aircraft for use at high altitudes. Lightweight aircraft, to which reference is made herein, are in some cases subject to strong weather influences. The device makes it possible to determine this influence and to determine a possible or probable movement corridor of the aircraft under the given weather situation and taking into account the uncertainty. Furthermore, the device described here can be used to reduce the workload of the operating personnel in that it can be recognized at an early stage whether there may be a potential conflict between the flight route and ambient conditions within the next operating hours or days. The knowledge obtained from the investigation of the ambient conditions can also be used for automatic or semi-automatic flight operations of the aircraft.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Recheneinheit ausgeführt, basierend auf den Luftfahrzeugdaten (z.B. Luftfahrzeugfähigkeiten oder Luftfahrzeugparameter) ein Modell des Leichtbauluftfahrzeugs zu erstellen und mit diesem Modell eine Folge von Wegpunkten einer Flugroute unter Zugrundelegung der Wetterdaten zu simulieren und dabei den wahrscheinlichen Bewegungskorridor des Luftfahrzeugs zu ermitteln.According to one embodiment, the computing unit is designed to create a model of the lightweight aircraft based on the aircraft data (e.g. aircraft capabilities or aircraft parameters) and to use this model to simulate a sequence of waypoints of a flight route on the basis of the weather data and thereby determine the likely movement corridor of the aircraft.

In anderen Worten wendet die Vorrichtung die aktuellen Wetterdaten und die Wettervorhersage auf das Modell des Luftfahrzeugs an und ermitteln unter Berücksichtigung der Unsicherheit der Wettervorhersage den möglichen Einfluss auf den Bewegungskorridor des Luftfahrzeugs, auch unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Luftfahrzeugs.In other words, the device applies the current weather data and the weather forecast to the model of the aircraft and, taking into account the uncertainty of the weather forecast, determine the possible influence on the movement corridor of the aircraft, also taking into account the properties of the aircraft.

Die Recheneinheit simuliert einen Flug von einem Ausgangspunkt zu einem Zielpunkt (kann auch ein Zwischenziel sein) verbunden mit einem Zielzeitpunkt. Hierbei werden die erhaltenen Wetterdaten sowie eine Wegpunktfolge oder allgemein eine Kommandofolge, welche eine Flugroute definiert, zu Grunde gelegt. Der Ausgangspunkt und der Zielpunkt betreffen Koordinaten oder Ortsangaben auf oder über der Erdoberfläche.The processing unit simulates a flight from a starting point to a destination point (can also be an intermediate destination) connected to a destination point in time. The weather data received and a sequence of waypoints or, in general, a sequence of commands that define a flight route are used as a basis. The starting point and the destination point relate to coordinates or location information on or above the surface of the earth.

Die Simulation oder Vorhersage des Einflusses des Wetters auf die Flugroute ermöglicht es, festzustellen ob das Leichtbauluftfahrzeug unter den gegebenen Wetterbedingungen oder allgemein Umweltbedingungen den Zielpunkt überhaupt erreichen kann und in welchem wahrscheinlichen Bewegungskorridor sich der Flug dahin befindet. Es kann also ermittelt werden, ob das Leichtbauluftfahrzeug den Zielpunkt zu dem vorgegebenen Zielzeitpunkt erreichen kann.The simulation or prediction of the influence of the weather on the flight route makes it possible to determine whether the lightweight aircraft can even reach the destination under the given weather conditions or general environmental conditions and in which probable movement corridor the flight is located. It can therefore be determined whether the lightweight aircraft can reach the target point at the specified target time.

Beispielsweise können vorgegebene Verhaltensmuster des Luftfahrzeugs simuliert werden. Diese Verhaltensmuster können eines oder mehrere aus der folgenden beispielhaften Liste sein: gegen den Wind fliegen, Position halten, Position halten und bei auftretenden Turbulenzen ansteigen, auf eine vorgebbare Flughöhe ansteigen, ein Gebiet auf der Erdoberfläche überwachen. Diese Verhaltensmuster können alternativ oder zusätzlich zu der Wegpunktliste verwendet werden, beispielsweise als auszuführende Funktion bei erreichen oder überschreiten eines Wegpunktes. Es ist auch möglich, die Flugleistung betreffende Kommandos und deren Effekt auf den Flugpfad zu simulieren, z.B. das Ein- oder Ausschalten eines Verbrauchers (Nutzlast oder Luftfahrzeugkomponente, wie Positionslichter, etc.).For example, predetermined behavior patterns of the aircraft can be simulated. These behavior patterns can be one or more from the following list of examples: flying against the wind, holding position, holding position and increasing when turbulence occurs, increasing to a predeterminable altitude, monitoring an area on the earth's surface. These behavior patterns can be used as an alternative or in addition to the waypoint list, for example as a function to be carried out when a waypoint is reached or exceeded. It is also possible to simulate commands relating to flight performance and their effect on the flight path, e.g. Switching a consumer on or off (payload or aircraft components such as position lights, etc.).

Die Simulation kann insbesondere aufzeigen, wie die Wetterbedingungen den Flug des Leichtbauluftfahrzeugs beeinflussen. In anderen Worten werden die Luftfahrzeugleistungen und Flugeigenschaften gegen die Atmosphärenbedingungen aufgerechnet.In particular, the simulation can show how the weather conditions influence the flight of the lightweight aircraft. In other words, the aircraft performance and flight characteristics are offset against the atmospheric conditions.

Das Modell des Leichtbauluftfahrzeugs wird insbesondere erstellt, indem statische Eigenschaften des Leichtbauluftfahrzeugs (beispielsweise Gewicht, räumliche Ausdehnung, Widerstand bei Wert, etc.) und veränderliche Eigenschaften des Leichtbauluftfahrzeugs (beispielsweise verfügbare Energie für die Antriebseinheit, Parameter betreffend die strukturelle Integrität des Leichtbauluftfahrzeugs, Einschränkungen der Antriebsleistung, etc.) herangezogen werden. Mit Hilfe dieser Eigenschaften kann ermittelt werden, ob das Leichtbauluftfahrzeug bestimmten Wetterbedingungen strukturell standhalten kann und manövrierfähig ist.The model of the lightweight aircraft is created in particular by adding static properties of the lightweight aircraft (for example weight, spatial extent, resistance at value, etc.) and variable properties of the lightweight aircraft (for example available energy for the drive unit, parameters relating to the structural integrity of the lightweight aircraft, restrictions of the Drive power, etc.) can be used. With the help of these properties it can be determined whether the lightweight aircraft can structurally withstand certain weather conditions and is maneuverable.

Basierend auf den über die erste Schnittstelle empfangenen Daten kann ein Modell oder ein Abbild des Luftfahrzeugs erstellt oder aktualisiert werden. Dieses Modell kann als digitaler Zwilling bezeichnet werden. Das Modell kann genutzt werden, um das Verhalten des Luftfahrzeugs unter verschiedenen Wetterbedingungen zu simulieren und vorherzusagen.Based on the data received via the first interface, a model or an image of the aircraft can be created or updated. This model can be called a digital twin. The model can be used to simulate and predict the behavior of the aircraft under different weather conditions.

Beispielsweise kann das Modell genutzt werden, um bei Verlust oder Einschränkung der Datenverbindung zu dem Luftfahrzeug die Luftfahrzeugposition zu schätzen. Hierzu wird die letzte bekannte Position als Ausgangspunkt verwendet. Daneben ist die geplante oder vorgegebene Flugroute bekannt. Mit der letzten bekannten Position und der geplanten Flugroute kann unter Verwendung des Modells des Luftfahrzeugs, der Wetterdaten sowie der Wetterunsicherheit ein geschätztes Aufenthaltsgebiet (und auch ein Ladezustand der Energiespeicher, ein Energieverbrauch, etc.) des Luftfahrzeugs ermittelt werden.For example, the model can be used to estimate the aircraft position if the data connection to the aircraft is lost or restricted. The last known position is used as the starting point for this. The planned or specified flight route is also known. With the last known position and the planned flight route, using the model of the aircraft, the weather data and the weather uncertainty, an estimated location (and also a state of charge of the energy storage devices, energy consumption, etc.) of the aircraft can be determined.

Das Modell des Luftfahrzeugs kann auch aktualisiert werden, wenn sich beispielsweise die Betriebsparameter des Luftfahrzeugs verändern, d.h. dass die oben genannten Zustandsinformationen (z.B. beschleunigter Flug, Betrieb mit oder ohne Nutzlastbetrieb, mit oder ohne eingeschaltete Positionslichter, etc.) oder Konfigurationsinformationen (z.B. Ladezustand der Energiespeicher, strukturelle Degradation, etc.) sich verändern. Dieses aktualisierte Modell kann dann für eine bessere Schätzung des Verhaltens des Luftfahrzeugs verwendet werden.The model of the aircraft can also be updated if, for example, the operating parameters of the aircraft change, i. that the above-mentioned status information (e.g. accelerated flight, operation with or without payload operation, with or without switched position lights, etc.) or configuration information (e.g. charge status of the energy storage, structural degradation, etc.) changes. This updated model can then be used to better estimate the behavior of the aircraft.

Das Modell des Luftfahrzeugs kann genutzt werden, um die Verhaltensänderung des Luftfahrzeugs mit zunehmender Betriebsdauer zu erfassen und das Modell basierend auf diesen Änderungen zu verfeinern. Dies kann die Genauigkeit einer auf dem Modell basierenden Vorhersage erhöhen.The model of the aircraft can be used to record the change in behavior of the aircraft with increasing operating time and to refine the model based on these changes. This can increase the accuracy of a prediction based on the model.

Das Modell des Leichtbauluftfahrzeugs kann beispielsweise auf vorgegebenen Daten und auf erfassten Daten eines im Einsatz befindlichen Leichtbauluftfahrzeugs basieren. Die Daten des im Einsatz befindlichen Leichtbauluftfahrzeugs können mit Sensoren erfasst und über die erste Schnittstelle an die Vorrichtung übertragen werden. Die Gesamtheit dieser Sensoren kann auch als Telemetriedatenerfassung bezeichnet werden.The model of the lightweight aircraft can be based, for example, on predetermined data and on recorded data from a lightweight aircraft in use. The data of the lightweight aircraft in use can be recorded with sensors and transmitted to the device via the first interface. The totality these sensors can also be referred to as telemetry data acquisition.

Beim Abgleichen der Wetterdaten mit den Luftfahrzeugdaten können zwei Gruppen von Werteparametern und ihr gemeinsamer Einfluss auf das Verhalten des Luftfahrzeugs herangezogen werden. Die erste Gruppe von Werteparametern betrifft die Wetterdaten und die daraus abgeleiteten statistischen Aussagen. Die zweite Gruppe betrifft Luftfahrzeugdaten oder Eigenschaften des Luftfahrzeugs, z.B. Verhalten der Batterien, Flughöhe, Motorlasten. Der Abgleich von Wetterdaten mit dem Abgleich von Luftfahrzeugdaten oder Luftfahrzeugeigenschaften kann für verschiedene Szenarien bzw. Paarungen in diesen Gruppen von Werteparametern erfolgen. Beispielsweise kann eine Prognose für das Verhalten des Luftfahrzeugs erstellt werden ausgehend von bestimmten Wetterdaten, allerdings mit veränderlichen Werten für die Luftfahrzeugdaten oder -eigenschaften. Sodann können die Wetterdaten eines anderen möglichen Wetterszenarios herangezogen werden, um mit den veränderlichen Werten für die Luftfahrzeugdaten oder -eigenschaften simuliert zu werden.When comparing the weather data with the aircraft data, two groups of value parameters and their common influence on the behavior of the aircraft can be used. The first group of value parameters concerns the weather data and the statistical statements derived from it. The second group concerns aircraft data or characteristics of the aircraft, e.g. Behavior of the batteries, flight altitude, engine loads. The comparison of weather data with the comparison of aircraft data or aircraft properties can take place for different scenarios or pairings in these groups of value parameters. For example, a prognosis for the behavior of the aircraft can be created on the basis of certain weather data, but with variable values for the aircraft data or properties. The weather data of another possible weather scenario can then be used in order to be simulated with the variable values for the aircraft data or properties.

Über diese Abschätzung des Verhaltens des Luftfahrzeugs unter Berücksichtigung der Ungenauigkeit der Wetterdaten und zusätzlich unter Berücksichtigung der Veränderlichkeit der Luftfahrzeugdaten oder -eigenschaften kann eine Vorwarnzeit für den Eingriff eines menschlichen Bedieners erhöht werden.This estimation of the behavior of the aircraft, taking into account the inaccuracy of the weather data and additionally taking into account the variability of the aircraft data or properties, can increase a warning time for the intervention of a human operator.

Die so erhaltenen verschiedenen möglichen Szenarien für ein Verhalten des Luftfahrzeugs stellen einen Wahrscheinlichkeitsraum des erwarteten Verhaltens dar. Dieser Wahrscheinlichkeitsraum kann dafür herangezogen werden, zu ermitteln, wann ein Eingriff eines menschlichen Bedieners nötig ist. Die Recheneinheit kann ausgestaltet sein, das Luftfahrzeug zu steuern, solange vorab definierte Grenzen für das mögliche Verhalten des Luftfahrzeugs (z.B. ein Luftkorridor) eingehalten werden. Hierbei kann auch ein ständiger Nachweis geführt werden, dass die Vorhersage z.B. eine Stunde oder länger in die Zukunft unter allen wahrscheinlichen Fehlerfällen (Motorausfall, Batterieausfall, Aerodynamische Änderung) und Wetterszenarien (unerwartete Turbulenz mit Einfluss auf Wirkungsgrade, Abweichungen der Vorhersage etc..) die Einhaltung eines bestimmten Parameterkorridors (z.B. Koordinaten) garantiert und bei Nichteinhaltung in einem der Fälle z.B. eine neue automatische Luftraumanfrage oder Einbeziehung des menschlichen Bedieners geschehen muss.The various possible scenarios thus obtained for a behavior of the aircraft represent a probability space of the expected behavior. This probability space can be used to determine when an intervention by a human operator is necessary. The processing unit can be designed to control the aircraft as long as previously defined limits for the possible behavior of the aircraft (e.g. an air corridor) are observed. Constant evidence can also be provided that the forecast e.g. one hour or more into the future under all probable faults (engine failure, battery failure, aerodynamic change) and weather scenarios (unexpected turbulence affecting efficiency, deviations from the forecast, etc.), compliance with a certain parameter corridor (e.g. coordinates) is guaranteed and in the event of non-compliance in one of the cases e.g. a new automatic airspace request or the involvement of the human operator must occur.

Insgesamt kann also die Recheneinheit die Luftfahrzeugdaten oder Luftfahrzeugfähigkeiten nicht nur mit den Wetterdaten abgleichen, sondern zusätzlich mit Planungsdaten einer Flugroute.Overall, the processing unit can therefore not only compare the aircraft data or aircraft capabilities with the weather data, but also with planning data for a flight route.

Die Wetterdaten enthalten beispielsweise Messdaten von Wetterstationen, Vorhersagen, eigene durch das Luftfahrzeug erfasste Messdaten. Wetterdaten können insbesondere Vertikalprofile sein. Ein Vertikalprofil enthält beispielsweise Informationen über Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Temperatur, Taupunkt, Luftfeuchtigkeit über einem Punkt der Erdoberfläche an verschiedenen oder mehreren Höhen- oder Druckinkrementen.The weather data contain, for example, measurement data from weather stations, forecasts, and measurement data recorded by the aircraft itself. Weather data can in particular be vertical profiles. A vertical profile contains, for example, information about wind direction, wind speed, temperature, dew point, air humidity over a point on the earth's surface at different or several height or pressure increments.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Wetterdaten Messdaten von Wetterstationen oder von Wettersensoren in dem Luftfahrzeug.According to a further embodiment, the weather data are measurement data from weather stations or from weather sensors in the aircraft.

Das Luftfahrzeug kann geeignete Sensoren aufweisen, die die benötigten Wetterdaten erfassen.The aircraft can have suitable sensors that record the required weather data.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Recheneinheit ausgeführt, eine Manövrierfähigkeit des Leichtbauluftfahrzeugs für verschiedene Flughöhen basierend auf den Wetterdaten zu ermitteln und auszugeben.According to a further embodiment, the computing unit is designed to determine and output a maneuverability of the lightweight aircraft for different flight altitudes based on the weather data.

Dies bedeutet, dass ausgehend von den Wetterdaten ein Flugkorridor mit minimaler Flughöhe und/oder maximaler Flughöhe ermittelt werden kann, in welchem das Leichtbauluftfahrzeug manövrierfähig ist und auch über den Zeitraum der Mission manövrierfähig bleibt bzw. sich innerhalb eines gewünschten Bewegungskorridors befindet.This means that, based on the weather data, a flight corridor with minimum flight altitude and / or maximum flight height can be determined in which the lightweight aircraft is maneuverable and remains maneuverable over the period of the mission or is located within a desired movement corridor.

Weiterhin ist es möglich, zulässige und technisch mögliche Veränderungen der Flughöhe während des Betriebs des Leichtbauluftfahrzeugs zu ermitteln, ohne die Manövrierfähigkeit des Leichtbauluftfahrzeugs über ein bestimmtes Maß einzuschränken.Furthermore, it is possible to determine permissible and technically possible changes in the flight altitude during the operation of the lightweight aircraft without restricting the maneuverability of the lightweight aircraft beyond a certain amount.

Es kann beispielsweise nötig sein, dass das Leichtbauluftfahrzeug während der Nacht seine Flughöhe reduziert, um aufgrund der dichteren Luft bei der niedrigeren Flughöhe weniger Energie für den Antrieb des Leichtbauluftfahrzeugs zu benötigen. Das Wetterdatendiagramm zeigt auf, ob und wie weit das Leichtbauluftfahrzeug seine Flughöhe reduzieren kann. Während der Nacht fehlt die Sonneneinstrahlung, so dass diese nicht als Energiequelle genutzt werden kann. Damit muss das Leichtbauluftfahrzeug mit der an Bord verfügbaren Energie auskommen. In Abhängigkeit der verfügbaren Energie und auch der Dauer der Nacht (beispielsweise aufgrund der geografischen Position und/oder aufgrund von jahreszeitlichen Schwankungen der Tag-Nacht-Dauer) kann eine entsprechende Flughöhe gewählt werden.For example, it may be necessary for the lightweight aircraft to reduce its flight altitude during the night in order to require less energy for propelling the lightweight aircraft due to the denser air at the lower flight altitude. The weather data diagram shows whether and to what extent the lightweight aircraft can reduce its flight altitude. There is no solar radiation during the night, so that it cannot be used as an energy source. The lightweight aircraft must therefore make do with the energy available on board. A corresponding flight altitude can be selected as a function of the available energy and also the duration of the night (for example due to the geographical position and / or due to seasonal fluctuations in the day-night duration).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthalten die Wetterdaten zumindest einen Parameter aus der folgenden Gruppe von Parametern: Windgeschwindigkeit bezogen auf eine oder mehrere Höhenwerte über Normalnull, Windrichtung, Niederschlagsmenge, Bewölkung, vertikale Windgeschwindigkeit. Die Wetterdaten können auch sekundär ermittelte Werte oder Risikofaktoren enthalten, z.B. Turbulenzwahrscheinlichkeiten, Eisbildung, Wellenbildung/Abwinde.According to a further embodiment, the weather data contain at least one parameter from the following group of parameters: wind speed related to one or more altitude values above sea level, wind direction, Precipitation, cloud cover, vertical wind speed. The weather data can also contain secondary determined values or risk factors, e.g. turbulence probabilities, ice formation, wave formation / downdrafts.

Insbesondere Leichtbauluftfahrzeuge können von Niederschlag wie Regen oder Schneefall in ihren Betriebseigenschaften so weit eingeschränkt werden, dass es nicht möglich ist, eine Zielflughöhe überhaupt zu erreichen oder zu halten. Der Aufstieg und/oder das Landen können nur zu einer niederschlagsfreien oder nahezu niederschlagsfreien Zeit ausgeführt werden. Somit ist die Information über die Niederschlagsmenge hilfreich.In particular, lightweight aircraft can be so limited in their operating characteristics by precipitation such as rain or snowfall that it is not possible to reach or maintain a target altitude at all. The ascent and / or landing can only be carried out at a time when there is no or almost no precipitation. Thus, the information about the amount of precipitation is helpful.

Auch können Leichtbauluftfahrzeuge so ausgestaltet sein, dass sie strukturell für das Durchfliegen von Wolken nicht oder nur bedingt geeignet sind. Weiterhin kann es für den Aufstieg sinnvoll oder notwendig sein, dass die Bodenwinde eine in Abhängigkeit der Eigenschaften des Leichtbauluftfahrzeugs vorgegebene Geschwindigkeit nicht überschreiten.Lightweight aircraft can also be designed in such a way that they are structurally unsuitable or only conditionally suitable for flying through clouds. Furthermore, it can be useful or necessary for the ascent that the ground winch does not exceed a speed that is predetermined as a function of the properties of the lightweight aircraft.

Die Windgeschwindigkeit kann für mehrere Höhenlagen oder Luftschichten ermittelt werden. Dies bedeutet, dass sich die Höhenwerte über Normalnull jeweils auf einen Wertebereich beziehen. Ein Abstand zwischen der maximalen Flughöhe des Luftfahrzeugs und der Erdoberfläche kann in eine Mehrzahl von Höhenlagen (kann auch als Luftschicht, geographische Höhe, Druckhöhe, oder Druckinkrement bezeichnet werden) unterteilt werden und für jede Höhenlage kann ermittelt werden, ob das Luftfahrzeug unter den Wetterbedingungen der besagten Höhenlage manövrierfähig ist.The wind speed can be determined for several altitudes or air layers. This means that the altitude values above sea level each relate to a range of values. A distance between the maximum flight altitude of the aircraft and the earth's surface can be divided into a plurality of altitudes (can also be referred to as air layer, geographic altitude, pressure altitude, or pressure increment) and for each altitude it can be determined whether the aircraft is under the weather conditions of the said altitude is maneuverable.

Der Abstand zwischen Erdoberfläche und maximaler oder vorgesehener Flughöhe des Luftfahrzeugs kann in mehrere Schichten (Höhenlagen oder Druckinkremente) aufgeteilt werden. Der Abstand kann gleichmäßig auf mehrere Höhenlagen aufgeteilt werden, d.h., dass jede Höhenlage gleich hoch ist. Es ist aber ebenfalls denkbar, dass die Höhenlagen so aufgeteilt werden, dass die Wetterbedingungen in einer Höhenlage homogen oder nahezu homogen sind. Gibt es beispielsweise zwischen der Erdoberfläche und dem Luftfahrzeug Luftbewegungen in verschiedene Richtungen und/oder mit verschiedenen Geschwindigkeiten, können die jeweiligen Höhenlagen so festgelegt werden, dass sich die Windrichtung und/oder die Windgeschwindigkeit innerhalb einer Höhenlage nicht oder nicht wesentlich voneinander unterscheiden.The distance between the surface of the earth and the maximum or intended flight altitude of the aircraft can be divided into several layers (altitude or pressure increments). The distance can be divided evenly over several altitudes, i.e. each altitude is the same. It is also conceivable, however, that the altitude levels are divided up in such a way that the weather conditions at an altitude level are homogeneous or almost homogeneous. If, for example, there are air movements between the earth's surface and the aircraft in different directions and / or at different speeds, the respective altitude can be set in such a way that the wind direction and / or the wind speed within an altitude do not differ or do not differ significantly from one another.

Für jede Höhenlage kann individuell der Einfluss auf die Manövrierfähigkeit des Luftfahrzeugs bzw. ein wahrscheinlicher Bewegungskorridor ermittelt werden.For each altitude, the influence on the maneuverability of the aircraft or a probable movement corridor can be determined individually.

Die Windrichtung zusammen mit der Windgeschwindigkeit können in Relation gesetzt werden zu den Flugeigenschaften des Leichtbauluftfahrzeugs, um zu ermitteln, ob das Leichtbauluftfahrzeug unter den gegebenen oder zu erwartenden Windbedingungen (Windrichtung in Kombination mit der Windgeschwindigkeit) eine gewünschte oder vorgegebene Flugroute einhalten kann oder innerhalb welches wahrscheinlichen Bewegungskorridors sich das Flugzeug in Anbetracht der Wetterdaten sowie deren Unsicherheit bewegen wird. Zu den herangezogenen Flugeigenschaften des Leichtbauluftfahrzeugs zählt insbesondere eine maximal erreichbare Fluggeschwindigkeit, welche sich aus einem Anstellwinkel und einer Energieverfügbarkeit ergibt. Die Flugroute kann in sämtlichen Ausführungsformen auch ein Flugkorridor sein, in welchem sich das Leichtbauluftfahrzeug bewegen darf.The wind direction together with the wind speed can be related to the flight characteristics of the lightweight aircraft in order to determine whether the lightweight aircraft can maintain a desired or specified flight route under the given or expected wind conditions (wind direction in combination with the wind speed) or within what is likely Movement corridor the aircraft will move considering the weather data and its uncertainty. The flight characteristics of the lightweight aircraft that are used include in particular a maximum achievable flight speed, which results from an angle of attack and an energy availability. In all embodiments, the flight route can also be a flight corridor in which the lightweight aircraft is allowed to move.

Aus den Windbedingungen und den Flugeigenschaften des Leichtbauluftfahrzeugs kann ermittelt werden, wie weit das Leichtbauluftfahrzeug von einem vorgesehenen oder tatsächlichen Flugpfad abgetrieben wird und ob das Leichtbauluftfahrzeug unter diesen Bedingungen sich noch innerhalb des zugelassenen oder statistisch wahrscheinlichen Flugkorridors befindet.From the wind conditions and the flight characteristics of the lightweight aircraft, it can be determined how far the lightweight aircraft is drifting from an intended or actual flight path and whether the lightweight aircraft is still within the approved or statistically probable flight corridor under these conditions.

Insgesamt erlaubt der hier beschriebene Ansatz eine langfristige strategische Flugplanung für ein Leichtbauluftfahrzeug und trägt somit wesentlich dazu bei, die Betriebssicherheit eines Leichtbauluftfahrzeugs zu verbessern.Overall, the approach described here allows long-term strategic flight planning for a lightweight aircraft and thus contributes significantly to improving the operational safety of a lightweight aircraft.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung ausgeführt, die Wettervorhersage von der Wetterinformationsquelle in sich wiederholenden Empfangsschritten zu erhalten, wobei die Wettervorhersage sich zumindest auf Luftbewegungen in einem Höhenprofil zwischen einer maximalen Flughöhe des Leichtbauluftfahrzeugs und der Erdoberfläche bezieht.According to a further embodiment, the device is designed to receive the weather forecast from the weather information source in repetitive reception steps, the weather forecast relating at least to air movements in an altitude profile between a maximum altitude of the lightweight aircraft and the surface of the earth.

Statistische Auswertungen vergangener Wetterbedingungen können mit den passenden Werkzeugen angefertigt werden und dienen als Basis für die Flugplanung. Für die operative Flugplanung ist es mindestens hilfreich, eine Wettervorhersage heranzuziehen, um eine zeitliche und örtliche Komponente der Flugplanung basierend auf der Wettervorhersage sowie deren Unsicherheit festzu legen.Statistical evaluations of past weather conditions can be made with the appropriate tools and serve as the basis for flight planning. For operational flight planning, it is at least helpful to use a weather forecast in order to determine a temporal and spatial component of the flight planning based on the weather forecast and its uncertainty.

Statistische Aussagen über die Wetterdaten können beispielsweise dadurch gewonnen werden, dass gemäß dem Monte-Carlo-Ansatz mehrfach über relevante Wetterdaten (dies können einzelne, mehrere oder alle im Zusammenhang mit der hier beschriebenen Vorrichtung erwähnten Wetterparameter sein) simuliert und das statistische Mittel des Ergebnisses ermittelt wird. Alternativ oder zusätzlich können Durchschnitte besagter Wetterparameter an einem bestimmten Ort (oder Region) zu einem bestimmten Zeitpunkt (oder Zeitdauer) sowie deren Standardabweichung ermittelt und der Simulation zu Grunde gelegt werden, wenn die Luftfahrzeugdaten mit den Wetterdaten abgeglichen werden. Dieser Abgleich kann im Rahmen einer Simulation erfolgen, in welcher einmal die nominalen Wetterparameter, einmal die Wetterparameter abzüglich der Standardabweichung und einmal die Wetterdaten zuzüglich der Standardabweichung herangezogen werden. Diese Ansätze eignen sich in vorteilhafter Weise, um Aussagen zur Tauglichkeit des Wetters für bzw. zum Einfluss des Wetters auf den Betrieb des Luftfahrzeugs zu treffen und/oder eine wahrscheinliche Route (Route mit den wahrscheinlich geringsten Beeinträchtigungen des Luftfahrzeugs durch das Wetter) in Anbetracht der Wetterdaten zu ermitteln.Statistical statements about the weather data can be obtained, for example, by simulating several times over relevant weather data (this can be individual, several or all weather parameters mentioned in connection with the device described here) according to the Monte Carlo approach and determining the statistical mean of the result becomes. Alternatively or additionally you can Averages of said weather parameters at a specific location (or region) at a specific point in time (or duration) as well as their standard deviation are determined and the simulation is based when the aircraft data are compared with the weather data. This comparison can take place in the context of a simulation in which the nominal weather parameters are used once, the weather parameters minus the standard deviation and the weather data plus the standard deviation are used once. These approaches are advantageously suitable for making statements about the suitability of the weather for or the influence of the weather on the operation of the aircraft and / or a probable route (route with the probably least adverse effects on the aircraft by the weather) in view of the Determine weather data.

Als Basis für diese statistischen Aussagen können auch Wetterdaten aus mehreren verschiedenen Wettervorhersagemodellen (z.B. verschiedene Wetterdienste oder Ensemblevorhersagen) herangezogen werden.Weather data from several different weather forecast models (e.g. different weather services or ensemble forecasts) can also be used as the basis for these statistical statements.

Aktuelle Wettermessungen sowie darauf basierende Wettervorhersagen werden von Wetterdiensten (welche hierin als Wetterinformationsquelle bezeichnet werden) in regelmäßigen Abständen bereitgestellt. Diese Wettervorhersagen können verwendet werden, um die operative Flugplanung zu verbessern.Current weather measurements and weather forecasts based on them are provided by weather services (which are referred to herein as weather information sources) at regular intervals. These weather forecasts can be used to improve operational flight planning.

Die Unsicherheit der Wettervorhersage kann basierend auf historischen Wetterdaten ermittelt werden. Um aussagekräftige Wetterdaten und ein möglichst genaues Maß der Unsicherheit zu erhalten, können die Wetterdaten aus mehreren bzw. vielen Jahren in einem einzelnen Wetterdatendiagramm zusammengeführt werden. Somit können sich zyklisch wiederholende Wetterphänomene in einer bestimmten Region der Welt mit einer bestimmten statistischen Signifikanz festgestellt werden. Ebenso kann eine Abweichung der Vorhersage von dem tatsächlich eingetretenen Wetter über einen längeren Zeitraum ermittelt werden.The uncertainty of the weather forecast can be determined based on historical weather data. In order to obtain meaningful weather data and the most precise possible degree of uncertainty, the weather data from several or many years can be combined in a single weather data diagram. Thus cyclically repeating weather phenomena can be determined in a certain region of the world with a certain statistical significance. Likewise, a deviation of the forecast from the weather that actually occurred can be determined over a longer period of time.

Es wurde festgestellt, dass dieses Vorgehen eine vergleichsweise zuverlässige Basis dafür bildet, eine Vorhersage über den Einfluss auf die Bewegung eines Leichtbauluftfahrzeugs zu treffen. Dieses Vorgehen kann insgesamt die Wahrscheinlichkeit, eine Mission des Leichtbauluftfahrzeugs erfolgreich abzuschließen, erhöhen. Ebenso kann ein wahrscheinlicher Bewegungskorridor zuverlässig ermittelt werden. Es können zu jedem Flugzeitpunkt mögliche Risiken für Orte am Boden oder in anderen, unterhalb des Luftfahrzeugs befindlichen Flugkorridoren bestimmt werden oder auch von solchen Bereichen, die sich auf gleicher Flughöhe wie das Luftfahrzeug befinden.It was found that this procedure forms a comparatively reliable basis for making a prediction about the influence on the movement of a lightweight aircraft. Overall, this procedure can increase the probability of successfully completing a mission of the lightweight aircraft. A probable movement corridor can also be reliably determined. Possible risks for locations on the ground or in other flight corridors located below the aircraft or also for areas that are at the same altitude as the aircraft can be determined at each flight time.

Beispielsweise kann das Wetterdatendiagramm für die Gesamtheit eines Jahres erstellt werden, und zwar basierend auf den Wetterdaten von mehreren vergangenen Jahren, beispielsweise der letzten zehn oder mehr Jahre. Es können die Wetterdaten von 50 Jahren herangezogen werden. Es ist denkbar, die Wetterdaten von allen Jahren, für welche Wetterdaten vorliegen, heranzuziehen.For example, the weather data diagram can be created for the entirety of a year, based on the weather data from several previous years, for example the last ten or more years. Weather data from 50 years can be used. It is conceivable to use the weather data for all years for which weather data is available.

Die Wetterdaten und ggf. die Abweichung des tatsächlichen Wetters von der Vorhersage innerhalb der vergangenen Jahre werden für jeden Tag des Jahres beginnend mit dem ersten Tag und endend mit dem letzten Tag des Jahres in das Wetterdatendiagramm eingetragen.The weather data and, if applicable, the deviation of the actual weather from the forecast within previous years are entered in the weather data diagram for each day of the year starting with the first day and ending with the last day of the year.

Der Einfluss der Wetterdaten sowie deren Unsicherheit auf das Luftfahrzeug hängt auch von den Eigenschaften des Leichtbauluftfahrzeugs ab. Betrachtet man also lediglich die Wetterdaten, sagt dies noch nichts aus über den Einfluss auf das Luftfahrzeug. Zieht man allerdings die Eigenschaften des Leichtbauluftfahrzeugs hinzu, kann die hier beschriebene Vorrichtung anzeigen, welchen Einfluss die Wetterdaten unter Berücksichtigung ihrer Unsicherheit auf das Luftfahrzeug haben.The influence of weather data and its uncertainty on the aircraft also depends on the properties of the lightweight aircraft. If you only look at the weather data, this does not say anything about the influence on the aircraft. However, if one takes into account the properties of the lightweight aircraft, the device described here can indicate what influence the weather data have on the aircraft, taking into account their uncertainty.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Recheneinheit ausgeführt, die Wettervorhersagen aus einem vorangegangenen Empfangsschritt mit tatsächlichen Wetterdaten aus einem nachfolgenden Empfangsschritt abzugleichen und eine Abweichung zwischen den Wettervorhersagen aus dem vorangegangenen Empfangsschritt und den tatsächlichen Wetterdaten des nachfolgenden Empfangsschrittes zu ermitteln, um hieraus eine Unsicherheit der Wettervorhersage zu bestimmen.According to a further embodiment, the computing unit is designed to compare the weather forecasts from a previous receiving step with actual weather data from a subsequent receiving step and to determine a discrepancy between the weather forecasts from the previous receiving step and the actual weather data from the subsequent receiving step, in order to create an uncertainty in the weather forecast determine.

Die Vorrichtung kann ausgeführt sein, die erhaltenen Wetterdaten zu speichern, beispielsweise in einem Datenspeicher, in welchem die Wetterdaten flüchtig oder nicht-flüchtig gespeichert werden können. Die Recheneinheit ist ausgeführt, die Wettervorhersagen aus einem vorangegangenen Empfangsschritt mit tatsächlichen Wetterdaten aus einem nachfolgenden Empfangsschritt abzugleichen und eine Abweichung zwischen den Wettervorhersagen und den später tatsächlich eingetretenen Wetterdaten zu ermitteln. Diese Abweichung kann als Maß für die Unsicherheit der Wettervorhersage verwendet werden.The device can be designed to store the weather data received, for example in a data memory in which the weather data can be stored in a volatile or non-volatile manner. The computing unit is designed to compare the weather forecasts from a previous reception step with actual weather data from a subsequent reception step and to determine a discrepancy between the weather forecasts and the weather data that actually occurred later. This deviation can be used as a measure of the uncertainty of the weather forecast.

Wetterdaten einer Wettervorhersage unterliegen in der Regel einer gewissen Unsicherheit, wobei auch das Ausmaß der Unsicherheit unbekannt ist. Neben der Information, wie sich das vorhergesagte Wetter auf das Leichtbauluftfahrzeug auswirkt kann auch die Unsicherheit dieser Information relevant sein, um beispielsweise zu ermitteln, wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dass die Manövrierfähigkeit des Leichtbauluftfahrzeugs in einer unerwünschten Weise beeinträchtigt wird, weil das Wetter doch anders eintritt als vorhergesagt.Weather data from a weather forecast is usually subject to a certain uncertainty, although the extent of the uncertainty is also unknown. In addition to information on how the forecast weather will affect the lightweight aircraft The uncertainty of this information can also be relevant, for example to determine how high the probability is that the maneuverability of the lightweight aircraft is impaired in an undesirable manner because the weather turns out differently than predicted.

Die hierin beschriebene Vorrichtung geht mit diesen Unsicherheiten wie folgt um: für die Vergangenheit, also für Wettervorhersagen für vergangene Zeiträume, wird die Wettervorhersage für einen Zeitpunkt mit dem tatsächlich zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Wetter verglichen und die Abweichung zwischen Vorhersage und tatsächlichem Wetter ermittelt. Nachdem die Wetterlage in wiederkehrenden Zeiträumen erfasst und für zukünftige Zeiträume eine Vorhersage erstellt wird, kann für jeden dieser Zeiträume die Vorhersage mit dem dann eingetretenen tatsächlichen Wetter verglichen werden. Aus diesem Vergleich wird die Abweichung zwischen Vorhersage und eingetretenem Wetter ermittelt. Diese Abweichung ist ein Maß für die Unsicherheit der Wettervorhersage. Wie jede Prognose enthält auch eine Wettervorhersage eine Unsicherheit betreffend ihre Genauigkeit. Indem für vergangene Wettervorhersagen deren Genauigkeit ermittelt wurde, kann diese Genauigkeit vergangener Daten auch auf die Zukunft extrapoliert werden.The device described here deals with these uncertainties as follows: for the past, i.e. for weather forecasts for past periods, the weather forecast for a point in time is compared with the weather actually present at this point in time and the deviation between the forecast and the actual weather is determined. After the weather situation has been recorded in recurring periods of time and a forecast has been made for future periods, the forecast for each of these periods can be compared with the actual weather that then occurred. From this comparison, the difference between the forecast and the actual weather is determined. This deviation is a measure of the uncertainty of the weather forecast. Like any forecast, a weather forecast contains an uncertainty about its accuracy. By determining the accuracy of past weather forecasts, this accuracy of past data can also be extrapolated to the future.

Die für das Ermitteln der Unsicherheit von Wettervorhersagen betrachteten vergangenen Zeiträume können sehr kurz sein. Für die Wetterdatendiagramme der strategischen Flugplanung wird das Wetter von mehreren Jahren bis hin zu mehreren Jahrzehnten herangezogen, um bezogen auf einen Zeitpunkt des Jahres eine Aussage über das zu erwartende Wetter treffen zu können. Dies liegt beispielsweise daran, dass die strategische Flugplanung mit großem zeitlichem Vorlauf erfolgen muss, so dass eine zuverlässige Wettervorhersage so weit in die Zukunft noch gar nicht vorliegt. Um hingegen die Genauigkeit oder Unsicherheit einer Wettervorhersage für die nähere Zukunft (mehrere Stunden in die Zukunft, beispielsweise sechs, zwölf, 18 oder 24 Stunden) zu ermitteln, kann es ausreichend sein, die Unsicherheit der Wettervorhersage über die letzten paar Tage bis hin zu einer oder zwei Wochen zu ermitteln. Die Unsicherheit der Wettervorhersage ist also ein Maß für die Wahrscheinlichkeit, dass das tatsächlich eintretende Wetter von der Wettervorhersage abweicht.The past periods of time considered for determining the uncertainty of weather forecasts can be very short. For the weather data diagrams of strategic flight planning, the weather from several years to several decades is used in order to be able to make a statement about the expected weather based on a point in time of the year. This is due, for example, to the fact that the strategic flight planning has to take place well in advance so that a reliable weather forecast is not yet available that far into the future. On the other hand, in order to determine the accuracy or uncertainty of a weather forecast for the near future (several hours into the future, e.g. six, twelve, 18 or 24 hours), it may be sufficient to measure the uncertainty of the weather forecast for the last few days up to one or two weeks to determine. The uncertainty of the weather forecast is therefore a measure of the probability that the weather that actually occurs will deviate from the weather forecast.

Der Abgleich der Wettervorhersage mit dem tatsächlich eingetretenen Wetter kann auch eine Information darüber enthalten, wie stark das tatsächlich eingetretene Wetter von der Wettervorhersage abwich. Für eine vorhergesagte Windgeschwindigkeit von 30 km/h und eine tatsächliche spätere Windgeschwindigkeit von 25 km/h wäre dann die Abweichung 5 km/h. Diese ermöglicht eine quantitative Aussage über die mögliche Beeinflussung des Leichtbauluftfahrzeugs durch die Unsicherheit der Wettervorhersage.The comparison of the weather forecast with the weather that has actually occurred can also contain information about how much the weather that has actually occurred deviated from the weather forecast. For a predicted wind speed of 30 km / h and an actual later wind speed of 25 km / h, the deviation would then be 5 km / h. This enables a quantitative statement about the possible influence of the lightweight aircraft by the uncertainty of the weather forecast.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Recheneinheit ausgeführt, zum Bestimmen der Unsicherheit der Wettervorhersage historische Wettervorhersagen sowie Wetterinformationen der zugehörigen tatsächlich eingetretenen Wetterverhältnisse heranzuziehen.According to a further embodiment, the computing unit is designed to use historical weather forecasts and weather information about the associated weather conditions that have actually occurred to determine the uncertainty of the weather forecast.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein System zum Ermitteln eines Bewegungskorridors für Leichtbauluftfahrzeuge und zum Betreiben eines solchen Leichtbauluftfahrzeugs angegeben. Das System weist ein Leichtbauluftfahrzeug mit einer Positionsermittlungseinheit und einer Telemetriedatenerfassung sowie eine Vorrichtung wie oben und im Folgenden beschrieben auf. Die Positionsermittlungseinheit ist ausgeführt, eine Position des Leichtbauluftfahrzeugs mit Bezug zu der Erdoberfläche zu bestimmen und an die Vorrichtung zu übertragen. Die Telemetriedatenerfassung ist ausgeführt, Parameter des Leichtbauluftfahrzeugs zu erfassen und an die Vorrichtung zu übertragen. Die Vorrichtung ist ausgeführt, basierend auf der übertragenen Position des Leichtbauluftfahrzeugs und den Parametern des Leichtbauluftfahrzeugs sowie den Wetterdaten zu ermitteln, ob das Leichtbauluftfahrzeug manövrierfähig ist.According to a further aspect, a system for determining a movement corridor for lightweight aircraft and for operating such a lightweight aircraft is specified. The system has a lightweight aircraft with a position determination unit and a telemetry data acquisition and a device as described above and below. The position determination unit is designed to determine a position of the lightweight aircraft with reference to the earth's surface and to transmit it to the device. The telemetry data acquisition is designed to acquire parameters of the lightweight aircraft and to transmit them to the device. The device is designed to determine, based on the transmitted position of the lightweight aircraft and the parameters of the lightweight aircraft and also the weather data, whether the lightweight aircraft is maneuverable.

Das System enthält insbesondere ein Leichtbauluftfahrzeug, wie es weiter oben mit Bezug zu der Vorrichtung definiert wurde.In particular, the system contains a lightweight aircraft as defined above with reference to the device.

Das Leichtbauluftfahrzeug weist eine Telemetriedatenerfassung auf. Die Telemetriedatenerfassung weist Sensoren auf, um Zustandsinformationen des Leichtbauluftfahrzeugs zu erfassen. Diese Zustandsinformationen können dann entweder unmittelbar oder anschließend an einen Verarbeitungsschritt an die Vorrichtung übermittelt werden.The lightweight aircraft has a telemetry data acquisition. The telemetry data acquisition has sensors in order to acquire status information of the lightweight aircraft. This status information can then be transmitted to the device either immediately or subsequently to a processing step.

Beispielsweise können Sensoren in dem Leichtbauluftfahrzeug angeordnet sein, um die strukturelle Integrität des Luftfahrzeugs festzustellen oder gegebenenfalls Bruchstellen am Rumpf zu identifizieren und an die Vorrichtung zu übertragen.For example, sensors can be arranged in the lightweight aircraft in order to determine the structural integrity of the aircraft or, if necessary, to identify breakpoints on the fuselage and transmit them to the device.

Die geographische Position, beispielsweise als Normale über der Erdoberfläche, kann von der Positionsermittlungseinheit festgestellt werden. Die Positionsermittlungseinheit ist beispielsweise ein Empfänger für Positionssignale aus einem satellitengestützten Ortungssystem wie GPS oder Galileo. Eine solche Positionsermittlungseinheit kann auch die Höhe über der Erdoberfläche ermitteln.The geographical position, for example as a normal above the earth's surface, can be determined by the position determination unit. The position determination unit is, for example, a receiver for position signals from a satellite-supported positioning system such as GPS or Galileo. Such a position determination unit can also determine the height above the earth's surface.

In diesem System kann die Vorrichtung also genutzt werden, um das Leichtbauluftfahrzeug während des Flugs zu überwachen und eine operationelle Flugplanung zu vereinfachen, indem ein fortlaufender Abgleich der Zustandsinformationen über das Leichtbauluftfahrzeug und dessen Eigenschaften mit den Wetterdaten und gegebenenfalls mit der Wettervorhersage ausgeführt wird. Die Flugroute kann dann dynamisch angepasst werden, beispielsweise um das Leichtbauluftfahrzeug so zu bewegen, dass es manövrierfähig bleibt. Beispielsweise kann die Flugroute so gewählt oder verändert werden, dass das Leichtbauluftfahrzeug Regionen oder Höhenlagen mit nachteiligen Wetterbedingungen meidet oder umfliegt. Es ist aber ebenso denkbar, dass das Leichtbauluftfahrzeug Regionen oder Höhenlagen nutzt, die zur Zielerreichung vorteilhaft sind.In this system, the device can therefore be used to control the lightweight aircraft during the flight to monitor and to simplify operational flight planning by continuously comparing the status information about the lightweight aircraft and its properties with the weather data and, if necessary, with the weather forecast. The flight route can then be adjusted dynamically, for example to move the lightweight aircraft so that it remains maneuverable. For example, the flight route can be selected or changed in such a way that the lightweight aircraft avoids or flies around regions or altitudes with adverse weather conditions. However, it is also conceivable that the lightweight aircraft uses regions or altitudes that are advantageous for achieving the goal.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Telemetriedatenerfassung eine Mehrzahl von Sensoren auf, wobei jeder Sensor der Mehrzahl von Sensoren ausgestaltet ist, einen Parameter des Leichtbauluftfahrzeugs zu erfassen und wobei die Parameter des Leichtbauluftfahrzeugs aus der folgenden Gruppe von Parametern ausgewählt sind: strukturelle Integrität eines Rumpfes des Leichtbauluftfahrzeugs, Bedienbarkeit von Steuerklappen (Telemetrie erlaubt eine Schätzung der dynamischen Effizienz), Antriebsleistung, Wirkungsgrad der Energieerzeuger, Ladezustand der Energiespeicher, Energieabnahme durch Verbraucher.According to one embodiment, the telemetry data acquisition has a plurality of sensors, each sensor of the plurality of sensors being configured to acquire a parameter of the lightweight aircraft and the parameters of the lightweight aircraft being selected from the following group of parameters: structural integrity of a fuselage of the lightweight aircraft, Operability of control flaps (telemetry allows an estimate of the dynamic efficiency), drive power, efficiency of the energy generator, state of charge of the energy storage, energy consumption by consumers.

Die erfassten Parameter dienen dazu, ein möglichst vollständiges Bild über den Zustand des Leichtbauluftfahrzeugs zu erhalten.The parameters recorded serve to obtain as complete a picture as possible of the condition of the lightweight aircraft.

In anderen Worten kann ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung wie folgt beschrieben werden: die hierin beschriebene Vorrichtung nutzt Parameter betreffend das Luftfahrzeug und/oder Elemente an Bord des Luftfahrzeugs sowie Wetterdaten und/oder Vorhersagen, um das Verhalten des Luftfahrzeugs entlang einer Wegpunktfolge sowie unter Einfluss besagter Wetterdaten zu ermitteln. Die Parameter betreffend das Luftfahrzeug und/oder Elemente an Bord des Luftfahrzeugs können einerseits vorgegebene oder vorgebbare Parameter und andererseits von Sensoren erfasste aktuelle Parameter betreffend das Luftfahrzeug und/oder Elemente an Bord des Luftfahrzeugs betreffen, sowie Kombinationen dieser beiden Arten von Parametern sein. Der Zustand des Luftfahrzeugs und Bestandteilen davon kann überwacht werden, indem laufend oder in vorgegebenen zeitlichen Abständen Zustandsinformationen erfasst und an die Vorrichtung übertragen werden, um dann dort für das Bestimmen eines möglichen oder wahrscheinlichen Bewegungskorridors verwendet zu werden. Diese Zustandsinformationen können auf das digitale Modell des Luftfahrzeugs angewendet werden. Das Verhalten des digitalen Modells kann laufend oder in zeitlichen Abständen für Vorhersagen des wahrscheinlichen Bewegungskorridors verwendet werden. Diese Vorhersagen des Verhaltens des digitalen Modells können dann mit dem Verhalten des Luftfahrzeugs abgeglichen werden. Abweichungen dazwischen können genutzt werden, um die Parameter des digitalen Modells anzupassen, so dass die Vorhersagen mittels des digitalen Modells näher an dem Verhalten des realen Luftfahrzeugs liegen. Es wird also ein iterativer Ansatz implementiert, welcher eine verbesserte Vorhersage des Verhaltens eines Luftfahrzeugs unter dem Einfluss besagter Wetterdaten ermöglicht.In other words, an aspect of the present disclosure can be described as follows: the device described herein uses parameters relating to the aircraft and / or elements on board the aircraft as well as weather data and / or forecasts to determine the behavior of the aircraft along a waypoint sequence and under the influence of the said Determine weather data. The parameters relating to the aircraft and / or elements on board the aircraft can on the one hand relate to predetermined or predeterminable parameters and on the other hand current parameters relating to the aircraft and / or elements on board the aircraft detected by sensors, as well as combinations of these two types of parameters. The condition of the aircraft and components thereof can be monitored by recording condition information continuously or at predetermined time intervals and transmitting it to the device, in order to then be used there to determine a possible or probable movement corridor. This status information can be applied to the digital model of the aircraft. The behavior of the digital model can be used continuously or at time intervals for predictions of the probable movement corridor. These predictions of the behavior of the digital model can then be compared with the behavior of the aircraft. Deviations in between can be used to adapt the parameters of the digital model so that the predictions using the digital model are closer to the behavior of the real aircraft. An iterative approach is implemented, which enables an improved prediction of the behavior of an aircraft under the influence of said weather data.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Bewegungskorridors für Leichtbauluftfahrzeuge angegeben. Das Verfahren wird mit einer Vorrichtung wie hierin beschrieben ausgeführt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Einlesen von Luftfahrzeugdaten betreffend das Leichtbauluftfahrzeug, wobei die Luftfahrzeugdaten zumindest Flugeigenschaften und Funktionen des Leichtbauluftfahrzeugs enthalten; Erhalten von Wetterdaten von einer Wetterinformationsquelle, wobei die Wetterdaten zumindest Wetterdaten aus der Vergangenheit enthalten und zumindest Luftbewegungen in einem Höhenprofil zwischen einer maximalen Flughöhe des Leichtbauluftfahrzeugs und der Erdoberfläche enthalten; Abgleichen der Luftfahrzeugdaten mit den Wetterdaten; und Ermitteln, ob das Leichtbauluftfahrzeug bei den erhaltenen Wetterdaten und unter Zugrundelegung der Luftfahrzeugdaten manövrierfähig ist. According to a further aspect, a method for determining a movement corridor for lightweight aircraft is specified. The method is carried out with an apparatus as described herein. The method has the following steps: reading in aircraft data relating to the lightweight aircraft, the aircraft data containing at least flight characteristics and functions of the lightweight aircraft; Obtaining weather data from a weather information source, the weather data including at least weather data from the past and including at least air movements in an altitude profile between a maximum flight altitude of the lightweight aircraft and the surface of the earth; Matching the aircraft data with the weather data; and determining whether the lightweight aircraft is maneuverable with the weather data obtained and on the basis of the aircraft data.

Die Schritte des Verfahrens entsprechen bevorzugt den Funktionen, welche oben mit Bezug auf die Vorrichtung beschrieben wurden. Jene Funktionen werden an dieser Stelle nicht wiederholt.The steps of the method preferably correspond to the functions which have been described above with reference to the device. Those functions are not repeated here.

FigurenlisteFigure list

Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Die Darstellungen sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche oder ähnliche Elemente. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Wetterdatendiagramms.
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
4 eine schematische Darstellung von zyklisch aktualisierten Wetterdaten sowie Wettervorhersagen.

Exemplary embodiments of the invention are discussed in greater detail below with reference to the accompanying drawings. The representations are schematic and not true to scale. The same reference symbols relate to the same or similar elements. Show it:

1 a schematic representation of a weather data diagram.
2 a schematic representation of a device according to an embodiment.
3 a schematic representation of a method according to an embodiment.
4th a schematic representation of cyclically updated weather data and weather forecasts.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen Detailed description of exemplary embodiments

1 zeigt ein beispielhaftes Wetterdatendiagramm, welches den möglichen Einfluss der Wetterbedingungen auf die Manövrierfähigkeit eines Leichtbauluftfahrzeugs anzeigt. Grundsätzlich wird der Einfluss der Wetterbedingungen quantitativ angezeigt durch die Dichte der Schraffurlinien (Abstand benachbarter Schraffurlinien), wie sie auf der rechten Seite auf der Skala von 0 bis 100 aufgetragen sind. Diese Skala beschreibt die Manövrierfähigkeit von „gar nicht manövrierfähig“ (Wert 0) bis „vollständige Operationsfreiheit“ (Wert 100). 1 shows an exemplary weather data diagram that shows the possible influence of weather conditions on the maneuverability of a lightweight aircraft. Basically, the influence of the weather conditions is shown quantitatively by the density of the hatching lines (distance between neighboring hatching lines), as shown on the right-hand side on the scale from 0 to 100. This scale describes the maneuverability of "not at all maneuverable" (value 0 ) to "complete freedom of operation" (value 100 ).

Die Manövrierfähigkeit kann auch als freedom to operate (FOM) bezeichnet werden.The maneuverability can also be described as freedom to operate (FOM).

In dem Wetterdatendiagramm links neben der Skala betreffend die Manövrierfähigkeit ist der Einfluss der Wetterbedingungen auf die Manövrierfähigkeit des Leichtbauluftfahrzeugs gezeigt. Auf der senkrechten Achse ist die Höhe h (in Kilometern) über der Erdoberfläche aufgetragen und auf der waagerechten Achse sind die Tage t eines Jahres beginnend mit dem 1. Januar bis zu dem 31. Dezember aufgetragen.The weather data diagram to the left of the maneuverability scale shows the influence of the weather conditions on the maneuverability of the lightweight aircraft. The height h (in kilometers) above the surface of the earth is plotted on the vertical axis and the days t of a year beginning with January 1st through December 31st are plotted on the horizontal axis.

Typischerweise sind in dem gesamten Wetterdatendiagramm Wetterdaten enthalten. In 1 sind zu Veranschaulichungszwecken lediglich vier isolierte Wetterbedingungen W1, W2, W3 und W4 gezeigt, um zu demonstrieren, wie das Wetterdatendiagramm zu lesen ist.Weather data is typically included throughout the weather data chart. In 1 are just four isolated weather conditions for illustrative purposes W1 , W2 , W3 and W4 shown to demonstrate how to read the weather data graph.

Die Wetterbedingung W1 zeichnet sich aus durch eine sehr dichte Schraffur und drückt eine nachteilige Wirkung auf die Manövrierfähigkeit des Leichtbauluftfahrzeugs aus. Eine Manövrierfähigkeit ist nahezu nicht gegeben. Die Wetterbedingung W1 liegt vor im ersten Drittel des Jahres zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 auf einer Höhe zwischen etwa 8000 m und 13.000 m.The weather condition W1 is characterized by very dense hatching and has an adverse effect on the maneuverability of the lightweight aircraft. There is almost no maneuverability. The weather condition W1 occurs in the first third of the year between times t0 and t1 at an altitude between about 8,000 m and 13,000 m.

Ebenfalls im ersten Drittel des Jahres schließt sich oberhalb (bezogen auf die Höhe) an W1 die Wetterbedingung W2 an. Zeitlich dauert die Wetterbedingung W2 etwas länger als die Wetterbedingung W1. W2 dauert von t0 bis t2 und erstreckt sich oberhalb von etwa 13.000 m bis zu etwa 16.000 m. Nachdem zeitlich die Wetterbedingung W1 abgeklungen ist, also ab dem Zeitpunkt t1, erstreckt sich die Wetterbedingung W2 bis hinab auf eine Höhe von etwa 7000 m und dauert bis zum Zeitpunkt t2.Also in the first third of the year it follows above (based on the height) W1 the weather condition W2 on. The weather condition lasts in time W2 a little longer than the weather condition W1 . W2 lasts from t0 to t2 and extends above about 13,000 m to about 16,000 m. After the weather condition timed W1 has subsided, that is, from time t1, the weather condition extends W2 down to an altitude of about 7000 m and lasts until time t2.

Zeitlich schließt sich an die Wetterbedingungen W1 und W2 eine Phase ruhigen Wetters an, welches die Manövrierfähigkeit des Leichtbauluftfahrzeugs über die gesamte Höhe nicht oder nahezu nicht nachteilig beeinträchtigt. Dieser Zeitraum dauert an von dem Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t3. In dieser Phase kann ein Leichtbauluftfahrzeug über das gesamte Höhenspektrum von Normalnull bis zu einer Höhe von 25 km betrieben werden.The time follows the weather conditions W1 and W2 a phase of calm weather, which does not or almost not adversely affect the maneuverability of the lightweight aircraft over the entire height. This period lasts from time t2 to time t3. In this phase a lightweight aircraft can be operated over the entire range of altitudes from sea level to an altitude of 25 km.

Ein beispielhafter Flugplan ist mit F1 gekennzeichnet. Es ist ersichtlich, dass das Leichtbauluftfahrzeug auf der Erdoberfläche startet, kontinuierlich an Höhe gewinnt, bis es eine Höhe von etwa 20 km erreicht hat. Im Laufe der Zeit schwankt die Flughöhe leicht, bis das Leichtbauluftfahrzeug vor dem Zeitpunkt t3 erneut landet.An exemplary flight plan is marked with F1. It can be seen that the lightweight aircraft takes off on the surface of the earth, steadily gaining altitude until it has reached an altitude of about 20 km. The flight altitude fluctuates slightly over time until the lightweight aircraft lands again before time t3.

Schon hier ist der Vorteil des hierin beschriebenen Ansatzes erkennbar. Basierend auf den Wetterdaten aus einer Vielzahl von vergangenen Jahren wurde in dem Wetterdatendiagramm für einen bestimmten Ort erkannt, dass zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 nahezu keine Beeinträchtigung der Manövrierfähigkeit des Leichtbauluftfahrzeugs zu erwarten ist. Entsprechend kann ein Flug für diesen Zeitraum geplant werden.The advantage of the approach described here can already be seen here. Based on the weather data from a large number of previous years, it was recognized in the weather data diagram for a specific location that virtually no impairment of the maneuverability of the lightweight aircraft is to be expected between times t2 and t3. Accordingly, a flight can be planned for this period.

Beginnend mit dem Zeitpunkt t3 setzen zwischen etwa 4000 m und 18.000 m Wetterbedingungen ein, welche die Manövrierfähigkeit des Leichtbauluftfahrzeugs mittel bis stark nachteilig beeinflussen, wobei die Wetterbedingungen ab 12.000 m aufwärts sich vergleichsweise verschlechtern.Beginning with time t3, weather conditions set in between approximately 4000 m and 18,000 m which have a moderate to severe adverse effect on the maneuverability of the lightweight aircraft, with the weather conditions from 12,000 m upwards deteriorating comparatively.

Hieraus kann abgeleitet werden, dass zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 das Starten oder Landen des Leichtbauluftfahrzeugs wenig ratsam ist. Allerdings ist erkennbar, dass ausgehend von der typischen Flughöhe von 20 km oder höher die Schlechtwetterregion überflogen werden kann, soweit das Leichtbauluftfahrzeug auch nachts nicht unter 18.000 m absinken muss. Es ist denkbar, dass der Flug F1 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 beginnt und zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 endet. Hierbei ist zu beachten, dass das Leichtbauluftfahrzeug vor dem Zeitpunkt t3 seine Flughöhe von über 18.000 m erreicht, bis mindestens zu dem Zeitpunkt t4 durchgehend mindestens auf dieser Flughöhe bleibt, und dann vor dem Zeitpunkt t5 wieder landet. In anderen Worten wird die Wetterbedingung W3 sowohl zeitlich als auch örtlich überflogen.From this it can be deduced that starting or landing the lightweight aircraft is not advisable between times t3 and t4. However, it can be seen that, based on the typical flight altitude of 20 km or higher, the bad weather region can be overflown as long as the lightweight aircraft does not have to drop below 18,000 m at night. It is conceivable that the flight F1 begins between times t2 and t3 and ends between times t4 and t5. It should be noted here that the lightweight aircraft reaches its flight altitude of over 18,000 m before time t3, remains at least continuously at this flight altitude at least until time t4, and then lands again before time t5. In other words, the weather condition becomes W3 overflown both in time and place.

Dies ist auch beispielhaft gezeigt mit dem Flug F2 und der Wetterbedingung W4. Der Flug F2 beginnt zwischen den Zeitpunkten t4 und t5, das Leichtbauluftfahrzeug gewinnt an Höhe bis etwa 17 bis 19 km und bleibt auf dieser Höhe bzw. in einer Höhenschicht zwischen 17 und 19 km bis nach dem Zeitpunkt t6. Bei dem Flug F2 wird die Wetterbedingung W4 zeitlich und örtlich überflogen, weil sich die Wetterbedingung W4 von dem Zeitpunkt t5 bis zu dem Zeitpunkt t6 und von etwa 7000 m bis 13.000 m erstreckt.This is also shown by way of example with the flight F2 and the weather condition W4 . The flight F2 begins between times t4 and t5, the lightweight aircraft gains altitude up to about 17 to 19 km and remains at this altitude or in an altitude layer between 17 and 19 km until after time t6. On the flight F2 becomes the weather condition W4 overflown in time and place because the weather conditions W4 extends from time t5 to time t6 and from about 7000 m to 13,000 m.

In die Darstellung der Wetterbedingungen fließen sowohl die Windgeschwindigkeit, die Bewölkung und auch Angaben über die Niederschläge ein. Die Wetterbedingungen zeigen an, wann und wo ein Leichtbauluftfahrzeug mit bekannten Eigenschaften und Fähigkeiten von dem Wetter dermaßen beeinträchtigt wird, dass seine Manövrierfähigkeit nicht mehr gegeben ist. Es können auch andere Angaben über das Wetter einfließen, beispielsweise die Temperatur. The representation of the weather conditions includes both wind speed, cloud cover and information on precipitation. The weather conditions indicate when and where a lightweight aircraft with known properties and capabilities is affected by the weather to such an extent that its maneuverability is no longer given. Other information about the weather can also be included, for example the temperature.

Das Wetterdatendiagramm in 1 zeigt die Wetterbedingungen an einem bestimmten Ort. Diese Wetterdaten sind dann nützlich und hilfreich, wenn das Leichtbauluftfahrzeug während des Flugs nahezu statisch an einem Ort oder in einem kleinen örtlichen Gebiet verbleibt. Ändert sich hingegen die Position des Leichtbauluftfahrzeugs signifikant, so sind Wetterdaten der dann eingenommenen Position zu betrachten.The weather data diagram in 1 shows the weather conditions in a specific location. This weather data is useful and helpful when the lightweight aircraft remains almost statically in one place or in a small local area during the flight. If, on the other hand, the position of the lightweight aircraft changes significantly, weather data for the position then assumed must be considered.

Es ist ebenso möglich, eine Vorhersage des Einflusses von Wetterbedingungen, insbesondere Windgeschwindigkeiten, auf die Position des Leichtbauluftfahrzeugs zu erstellen, wenn das Leichtbauluftfahrzeug einen vergleichsweise schmalen Höhenstreifen mit starken Winden nach oben oder unten durchqueren muss. It is also possible to make a prediction of the influence of weather conditions, in particular wind speeds, on the position of the lightweight aircraft when the lightweight aircraft has to traverse a comparatively narrow vertical strip with strong winds upwards or downwards.

Findet sich beispielsweise zwischen 8.000 m und 10.000 m eine Luftschicht mit starken Winden zwischen ansonsten ruhigen Luftschichten, ist es möglich, eine Prognose zu erstellen, wie diese Winde das Leichtbauluftfahrzeug bezüglich seiner Position beeinflussen (beispielsweise seitlich verschieben, sog. drift), bevor das Leichtbauluftfahrzeug den besagten Höhenstreifen durchquert hat.For example, if there is a layer of air between 8,000 m and 10,000 m with strong winds between otherwise calm layers of air, it is possible to make a prognosis of how these winds will affect the position of the lightweight aircraft (e.g. move it sideways, so-called drift) before the lightweight aircraft has crossed the said vertical strip.

Basierend auf den Informationen über das Luftfahrzeug kann ein digitales Modell hiervon erstellt werden. Das digitale Modell kann dann in einem Wetterszenario platziert werden, um die Auswirkungen des Wetters auf das digitale Modell des Leichtbauluftfahrzeugs zu ermitteln.A digital model can be created based on the information about the aircraft. The digital model can then be placed in a weather scenario to determine the effects of the weather on the digital model of the lightweight aircraft.

Mit Hilfe des Wetterdatendiagramms sowie der Eigenschaften des Luftfahrzeugs kann ein wahrscheinlicher Bewegungskorridor des Luftfahrzeugs ermittelt werden. Der Bewegungskorridor definiert einen Bereich im dreidimensionalen Raum, innerhalb dessen sich das Luftfahrzeug mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ausgehend von den Wetterdaten sowie deren Unsicherheit und unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Luftfahrzeugs bewegen wird, wenn es sich von dem Startpunkt zu dem Zielpunkt bewegt.With the help of the weather data diagram and the characteristics of the aircraft, a probable movement corridor of the aircraft can be determined. The movement corridor defines an area in three-dimensional space within which the aircraft will move with a certain probability, based on the weather data and its uncertainty and taking into account the properties of the aircraft, if it moves from the starting point to the destination point.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 90 zum Erstellen einer Flugplanung für Leichtbauluftfahrzeuge, insbesondere für große Flughöhen. Das System 90 weist eine Vorrichtung 100 zum Erstellen einer Flugplanung für Leichtbauluftfahrzeuge und ein Leichtbauluftfahrzeug 200 auf. 2 shows a schematic representation of a system 90 to create a flight plan for lightweight aircraft, especially for high altitudes. The system 90 has a device 100 to create a flight plan for lightweight aircraft and a lightweight aircraft 200 on.

Die Vorrichtung 100 weist eine erste Schnittstelle 110, eine zweite Schnittstelle 120 und eine dritte Schnittstelle 130 auf. Weiterhin weist die Vorrichtung 100 eine Recheneinheit 140 und einen Datenspeicher 160 auf.The device 100 has a first interface 110 , a second interface 120 and a third interface 130 on. Furthermore, the device 100 an arithmetic unit 140 and a data store 160 on.

Die erste Schnittstelle 110 und die zweite Schnittstelle 120 sind mit der Recheneinheit 140 verbunden, um Daten austauschen zu können. Die Recheneinheit 140 kann ein herkömmlicher Computer oder ein Prozessor (CPU) sein. Die Recheneinheit 140 ist dergestalt vorbereitet und konfiguriert, dass sie die hierin beschriebenen Funktionen und Schritte ausführt.The first interface 110 and the second interface 120 are with the arithmetic unit 140 connected to exchange data. The arithmetic unit 140 can be a conventional computer or a processor (CPU). The arithmetic unit 140 is prepared and configured to perform the functions and steps described herein.

Über die erste Schnittstelle 110 kann eine leitungslose Verbindung zu einer Schnittstelle 210 des Leichtbauluftfahrzeugs 200 hergestellt werden. Über diese Verbindung können Daten bidirektional oder unidirektional übertragen werden. Das Leichtbauluftfahrzeug 200 weist eine Positionsermittlungseinheit 220 auf. Die Positionsermittlungseinheit 220 ist beispielsweise ein GPS-Empfänger und ist ausgeführt, eine Position des Luftfahrzeugs 200 zu bestimmen. Positionsdaten und andere Daten das Leichtbauluftfahrzeug betreffend können über die Verbindung zwischen der Schnittstelle 210 und der ersten Schnittstelle 110 übertragen werden. Die Schnittstelle 210 und die Schnittstelle 110 können beispielsweise Antennen sein.Via the first interface 110 can be a wireless connection to an interface 210 of the lightweight aircraft 200 getting produced. Data can be transmitted bidirectionally or unidirectionally via this connection. The lightweight aircraft 200 has a position determination unit 220 on. The position determination unit 220 is for example a GPS receiver and is executed a position of the aircraft 200 to determine. Position data and other data relating to the lightweight aircraft can be accessed via the connection between the interface 210 and the first interface 110 be transmitted. the interface 210 and the interface 110 can be antennas, for example.

Das Leichtbauluftfahrzeug 200 weist auch eine Telemetriedatenerfassung 230 auf. Die Telemetriedatenerfassung 230 ist beispielsweise ein Verbund aus einer Mehrzahl von Sensoren, welche an dem Rumpf und anderen Komponenten (Antrieb, Energiespeicher, Steuerklappen, etc.) des Leichtbauluftfahrzeugs sowie möglichen Nutzlasten angeordnet sind, so dass Informationen über das Leichtbauluftfahrzeug, seine Komponenten und die Nutzlast erfasst werden können. Die Telemetriedatenerfassung kann auch einen oder mehrere Vibrationssensoren enthalten, um Vibrationen des Luftfahrzeugs zu erfassen. Die Informationen, welche die Sensoren erfassen, werden ebenfalls mittels der Schnittstelle 210 zu der Schnittstelle 110 der Vorrichtung 100 übertragen.The lightweight aircraft 200 also has a telemetry data acquisition 230 on. The telemetry data acquisition 230 is, for example, a combination of a plurality of sensors that are arranged on the fuselage and other components (drive, energy storage, control flaps, etc.) of the lightweight aircraft as well as possible payloads, so that information about the lightweight aircraft, its components and the payload can be recorded . The telemetry data acquisition can also include one or more vibration sensors to acquire vibrations of the aircraft. The information that the sensors record is also transmitted via the interface 210 to the interface 110 the device 100 transfer.

Die Sensoren werden in geeigneter Weise an dem Leichtbauluftfahrzeug, seinen Komponenten und der Nutzlast angebracht. Die Sensoren können die von ihnen erfassten physikalischen Parameter leitungslos oder über einen Leitungsverbund an eine Übertragungseinheit (nicht gezeigt) übertragen. Die Übertragungseinheit bereitet die Daten auf (beispielsweise mittels Analog-Digital-Wandlung) und gibt diese an die Schnittstelle 210 weiter, wo die Daten dann leitungslos an die erste Schnittstelle 110 übertragen werden.The sensors are attached in a suitable manner to the lightweight aircraft, its components and the payload. The sensors can transmit the physical parameters recorded by them wirelessly or via a line network to a transmission unit (not shown). The transmission unit processes the data (for example by means of analog-to-digital conversion) and gives it to the interface 210 next, where the data is then wirelessly transferred to the first interface 110 be transmitted.

Die zweite Schnittstelle 120 dient dazu, Daten von einer Wetterinformationsquelle 300 zu empfangen. Die zweite Schnittstelle 120 kann beispielsweise ein Netzwerkanschluss sein, um die Wetterinformationsquelle 300 über ein zwischengeschaltetes Netzwerk (beispielsweise das Internet) zu erreichen.The second interface 120 is used to collect data from a weather information source 300 to recieve. The second interface 120 can for example be a network connection to the weather information source 300 via an intermediate network (for example the Internet).

Von der Wetterinformationsquelle können Wetterdaten der Vergangenheit und Wettervorhersagen abgerufen werden. Aus den Wetterdaten der Vergangenheit wird das in 1 gezeigte Wetterdatendiagramm erstellt. Dieses Wetterdatendiagramm dient hauptsächlich der strategischen Flugplanung. Wettervorhersagen hingegen dienen vorrangig der operationellen Flugplanung eines bereits im Einsatz befindlichen Leichtbauluftfahrzeugs.Past weather data and weather forecasts can be obtained from the weather information source. From the weather data of the past this becomes in 1 shown weather data diagram created. This weather data diagram is mainly used for strategic flight planning. Weather forecasts, on the other hand, are primarily used for operational flight planning of a lightweight aircraft that is already in use.

Die dritte Schnittstelle 130 dient dazu, eine Anzeigeeinheit 150 anzuschließen und anzusteuern. Die Anzeigeeinheit 150 kann auch als Teil der Vorrichtung 100 ausgestaltet sein. Die Anzeigeeinheit kann ein Monitor oder ein Display sein, auf welchem ein Ausschnitt einer Landkarte, die Position des Luftfahrzeugs angezeigt wird.The third interface 130 serves to be a display unit 150 to be connected and controlled. The display unit 150 can also be used as part of the device 100 be designed. The display unit can be a monitor or a display on which a section of a map, the position of the aircraft, is displayed.

Auf der Anzeigeeinheit kann das Wetterdatendiagramm aus 1 angezeigt werden. Um die operationelle Flugplanung zu vereinfachen, kann auf der Anzeigeeinheit das aktuelle Wetter und/oder eine Wettervorhersage angezeigt werden. Die Anzeige kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass sie einen Kartenausschnitt anzeigt, welcher den Flugpfad für einen bestimmten Zeitraum abdeckt. Bei diesem bestimmten Zeitraum kann es sich beispielsweise um die Zeitdauer handeln, zu dem aktualisierte Wetterdaten erwartet werden. Es kann auch die Zeitdauer sein, welche zwischen zwei Aktualisierungsvorgängen der Wetterdaten liegt.The weather data diagram can be seen on the display unit 1 are displayed. In order to simplify the operational flight planning, the current weather and / or a weather forecast can be displayed on the display unit. The display can be designed, for example, in such a way that it shows a map section which covers the flight path for a certain period of time. This specific time period can be, for example, the length of time at which updated weather data is expected. It can also be the length of time which lies between two update processes of the weather data.

Auf der Anzeigeeinheit können die Wetterdaten der aktuellen Flughöhe des Leichtbauluftfahrzeugs angezeigt werden. Sieht die Flugplanung vor, dass die Flughöhe sich verändert, kann für jede Position auf der Karte das Wetter für die dort geplante Flughöhe angezeigt werden.The weather data of the current altitude of the lightweight aircraft can be displayed on the display unit. If the flight planning provides that the flight altitude changes, the weather for the planned flight altitude can be displayed for each position on the map.

Der Datenspeicher 160 dient dazu, Wetterdaten abzuspeichern und für die spätere statistische Auswertung vorzuhalten. Der Datenspeicher kann beispielsweise eine Festplatte sein.The data store 160 is used to save weather data and hold it for later statistical evaluation. The data storage device can be a hard disk, for example.

Die Recheneinheit 140 kann ein Prozessor sein, welcher ausgeführt ist, die hierin beschriebenen Schritte auszuführen, um die strategische und/oder die operationelle Flugplanung zu unterstützen. Beispielsweise ist die Recheneinheit 140 ein Computer oder ein Teil eines Computers, welcher Anweisungen ausführt, um die hierin beschriebenen Funktionen auszuführen.The arithmetic unit 140 may be a processor which is designed to carry out the steps described herein in order to support the strategic and / or the operational flight planning. For example, the arithmetic unit is 140 a computer or part of a computer that executes instructions to perform the functions described herein.

3 zeigt ein Verfahren 400 zum Erstellen einer Flugplanung für Leichtbauluftfahrzeuge 200, insbesondere für große Flughöhen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: in einem ersten Schritt 410 Einlesen von Luftfahrzeugdaten betreffend das Leichtbauluftfahrzeug 200, wobei die Luftfahrzeugdaten zumindest Flugeigenschaften und Funktionen des Leichtbauluftfahrzeugs enthalten; in einem zweiten Schritt 420 Erhalten von Wetterdaten von einer Wetterinformationsquelle 300, wobei die Wetterdaten zumindest Wetterdaten aus der Vergangenheit enthalten und zumindest Luftbewegungen in einem Höhenprofil zwischen einer maximalen Flughöhe des Leichtbauluftfahrzeugs und der Erdoberfläche enthalten; in einem dritten Schritt 430 Abgleichen der Luftfahrzeugdaten mit den Wetterdaten; und in einem vierten Schritt 440 Ermitteln, ob das Leichtbauluftfahrzeug bei den erhaltenen Wetterdaten und unter Zugrundelegung der Luftfahrzeugdaten manövrierfähig ist. 3 shows a procedure 400 to create a flight plan for lightweight aircraft 200 , especially for high altitudes. The method has the following steps: In a first step 410 Reading in aircraft data relating to the lightweight aircraft 200 wherein the aircraft data contain at least flight characteristics and functions of the lightweight aircraft; in a second step 420 Obtaining weather data from a weather information source 300 wherein the weather data contain at least weather data from the past and contain at least air movements in an altitude profile between a maximum flight altitude of the lightweight aircraft and the surface of the earth; in a third step 430 Matching the aircraft data with the weather data; and in a fourth step 440 Determine whether the lightweight aircraft is maneuverable with the received weather data and on the basis of the aircraft data.

Die Schritte können auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Die hier angegebene Nummerierung sieht keine zwingende Reihenfolge vor. Beispielsweise ist es möglich, den Schritt 420 vor dem Schritt 410 auszuführen.The steps can be performed in a different order. The numbering given here does not provide for a mandatory sequence. For example, it is possible to take the step 420 before the step 410 execute.

Mit dem hier beschriebenen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung ist es möglich, in Abhängigkeit der Wetterdaten ein geeignetes Luftfahrzeug für einen bestimmten Zeitraum und einen bestimmten Ort auszuwählen, um eine Mission auszuführen. Zeigen beispielsweise die historischen Wetterdaten an, dass ein Leichtbauluftfahrzeug den Wetterbedingungen zu einem bestimmten Zeitraum nicht standhalten kann, kann ein anderes Luftfahrzeug gewählt werden, um die entsprechende Mission durchzuführen.With the method described here and the associated device, it is possible, depending on the weather data, to select a suitable aircraft for a specific period and a specific location in order to carry out a mission. If, for example, the historical weather data indicates that a lightweight aircraft cannot withstand the weather conditions at a certain time period, another aircraft can be selected to carry out the corresponding mission.

Insbesondere ist es möglich, Missionen von langer Dauer frühzeitig zu planen und operationell zu begleiten. Leichtbauluftfahrzeuge wie hierin beschrieben können beispielsweise für Überwachung- und Aufklärungsflüge mit einer Dauer von mehreren Tagen oder mehreren Wochen eingesetzt werden. In Abhängigkeit der Mission wird das Leichtbauluftfahrzeug mit einer entsprechenden Nutzlast ausgestattet, beispielsweise mit optischen Kameras, Wärmebildkameras oder anderen Sensoren, um die Umgebung oder die Erdoberfläche zu erfassen. Ein Leichtbauluftfahrzeug kann im Verbund mit anderen Leichtbauluftfahrzeugen auch verwendet werden, um eine Infrastruktur für ein Telekommunikationsnetzwerk aufzubauen und Endgeräten auf der Erdoberfläche zur Verfügung zu stellen. Mehrere Leichtbauluftfahrzeug können in der Stratosphäre nahezu statisch ihre Position halten und untereinander mittels Richtfunks oder einer optischen Datenverbindung verbunden sein. Daneben kann ein Leichtbauluftfahrzeug als Nutzlast eine Basisstation eines Mobilfunknetzes enthalten. Endgeräte auf der Erdoberfläche können eine leitungslose Verbindung zu der Basisstation herstellen. Ein ausgewähltes Leichtbauluftfahrzeug kann mit einer terrestrischen Netzwerkinfrastruktur verbunden sein, um an einem definierten Übergabepunkt die Daten der Verbindungen zwischen den Leichtbauluftfahrzeugen und den Endgeräten in dieses terrestrische Netzwerk einzuspeisen oder daraus zu empfangen und an die Endgeräte weiterzuleiten.In particular, it is possible to plan long-term missions at an early stage and provide operational support. Lightweight aircraft as described herein can be used, for example, for surveillance and reconnaissance flights lasting several days or several weeks. Depending on the mission, the lightweight aircraft is equipped with a corresponding payload, for example with optical cameras, thermal imaging cameras or other sensors in order to record the environment or the surface of the earth. A lightweight aircraft can also be used in conjunction with other lightweight aircraft to set up an infrastructure for a telecommunications network and to make terminal devices available on the earth's surface. Several lightweight aircraft can be virtually static in the stratosphere hold their position and be connected to each other via radio link or an optical data link. In addition, a lightweight aircraft can contain a base station of a cellular network as a payload. Terminals on the earth's surface can establish a wireless connection to the base station. A selected lightweight aircraft can be connected to a terrestrial network infrastructure in order to feed the data of the connections between the lightweight aircraft and the terminals into this terrestrial network at a defined transfer point or to receive them from it and forward them to the terminals.

Die Leichtbauluftfahrzeuge haben typischerweise eine Einsatzhöhe oberhalb der Luftschicht, in welcher sich Wolken bilden und bewegen. Daher bietet es sich an, elektrische Energie mittels Fotovoltaik zu gewinnen, zumindest während des Tages. Diese Energie kann für den Antrieb und die Nutzlast des Leichtbauluftfahrzeugs verwendet werden. Elektrische Energie kann während des Tages einem aufladbaren Energiespeicher (Akku, wiederaufladbare Batterien) zugeführt werden, um auch in der Nacht Energie zur Verfügung zu haben.The lightweight aircraft typically have an operating altitude above the air layer in which clouds form and move. It is therefore advisable to generate electrical energy using photovoltaics, at least during the day. This energy can be used for propulsion and the payload of the lightweight aircraft. During the day, electrical energy can be fed to a rechargeable energy store (accumulator, rechargeable batteries) so that energy is also available at night.

4 zeigt schematisch wie Wetterdaten sowie Vorhersagen verarbeitet werden, um die Unsicherheit der Vorhersagen zu ermitteln. Diese Schritte werden von der Recheneinheit 140 ausgeführt, indem dafür die von der Wetterinformationsquelle 300 empfangenen und in dem Datenspeicher 160 gespeicherten Wetterinformationen verwendet werden. 4th shows schematically how weather data and forecasts are processed in order to determine the uncertainty of the forecasts. These steps are performed by the computing unit 140 performed by doing this from the weather information source 300 received and in the data store 160 stored weather information can be used.

Zu einem ersten Zeitpunkt T0 werden Wetterdaten W0 von der Wetterinformationsquelle 300 bereitgestellt. Diese Wetterdaten enthalten zunächst eine Information A betreffend das aktuelle Wetter und Vorhersagen V1 und V2 betreffend die Zukunft. Auch wenn in 4 die Vorhersagen über lediglich zwei zukünftige Zyklen gezeigt sind, können die Vorhersagen sich über mehr als die beiden zukünftigen Zyklen erstrecken.At a first point in time T0 are weather data W0 from the weather information source 300 provided. These weather data initially contain information A relating to the current weather and forecasts V1 and V2 regarding the future. Even if in 4th If the predictions are shown over only two future cycles, the predictions may extend over more than the two future cycles.

Zu einem zweiten Zeitpunkt T1 werden Wetterdaten W1 von der Wetterinformationsquelle 300 bereitgestellt. Wie auch die Wetterdaten W0 enthalten auch die Wetterdaten W1 eine Information A' betreffend das aktuelle Wetter und Vorhersagen V1' und V2'. Die Information A' der Wetterdaten W1 betreffen den gleichen Zeitraum wie die Information V1 der Wetterdaten W0. At a second point in time T1 are weather data W1 from the weather information source 300 provided. As well as the weather data W0 also contain the weather data W1 an information A ' regarding the current weather and forecasts V1 ' and V2 '. The information A ' the weather data W1 concern the same period as the information V1 the weather data W0 .

Somit kann über einen Vergleich von A' und V1 die Genauigkeit der Vorhersage in den Wetterdaten W0 bestimmt werden.Thus, a comparison of A ' and V1 the accuracy of the forecast in the weather data W0 to be determined.

Es sei darauf hingewiesen, dass Wetterdaten üblicherweise selbst bei der erstmaligen Verfügbarkeit einen vergangenen Zustand der Wetterlage abbilden und ein paar Minuten oder gar Stunden alt sein können. Aus diesem Grund ist es hilfreich, die Unsicherheit von Vorhersagen zu kennen.It should be noted that weather data usually depict a previous state of the weather situation even when it is first available and can be a few minutes or even hours old. For this reason, it is helpful to know the uncertainty of predictions.

Zu einem dritten Zeitpunkt T2 werden Wetterdaten W2 von der Wetterinformationsquelle 300 bereitgestellt. Wie auch die Wetterdaten W0 und W1 enthalten auch die Wetterdaten W2 eine Information A" betreffend das aktuelle Wetter und Vorhersagen V1" und V2". Die Information A" der Wetterdaten W2 betreffen den gleichen Zeitraum wie die Information V1' der Wetterdaten W1 und V2 der Wetterdaten W0.At a third point in time T2 are weather data W2 from the weather information source 300 provided. As well as the weather data W0 and W1 also contain the weather data W2 an information A " regarding the current weather and forecasts V1 " and V2 " . The information A " the weather data W2 concern the same period as the information V1 ' the weather data W1 and V2 the weather data W0 .

Somit kann über einen Vergleich von A" und V1' die Genauigkeit der Vorhersage in den Wetterdaten W2 bestimmt werden. Der Abgleich von A' mit V1 und A" mit V1' liefert die Unsicherheit der kurzfristigen Wettervorhersage (jeweils einen Zyklus rückblickend), wohingegen der Abgleich von A'' mit V2 und A''' mit V2' eine Unsicherheit der längerfristigen Vorhersage angibt. Somit ist auch die Unsicherheit in Abhängigkeit des Alters der jüngsten verfügbaren Wetterdaten ermittelbar. Tendenziell nimmt diese Unsicherheit zu, je mehr Zeit seit dem letzten Aktualisieren der Wetterdaten vergangen ist. Je größer der zeitliche Abstand zwischen den jüngsten verfügbaren Wetterdaten und dem Ermitteln des Einflusses der vorhergesagten Wetterdaten auf das Luftfahrzeug, desto größer ist die Unsicherheit des ermittelten Einflusses. Die Recheneinheit 140 kann diesen zeitlichen Abstand für das Ermitteln des Einflusses berücksichtigen, beispielsweise mit einem in Abhängigkeit von dem zeitlichen Abstand exponentiell wachsenden Multiplikator.Thus, a comparison of A " and V1 ' the accuracy of the forecast in the weather data W2 to be determined. The comparison of A ' With V1 and A " With V1 ' provides the uncertainty of the short-term weather forecast (looking back one cycle at a time), whereas the comparison of A '' With V2 and A '' ' With V2 'indicates an uncertainty of the longer-term forecast. Thus, the uncertainty depending on the age of the most recent available weather data can also be determined. This uncertainty tends to increase the more time has passed since the last update of the weather data. The greater the time interval between the most recent available weather data and the determination of the influence of the predicted weather data on the aircraft, the greater the uncertainty of the determined influence. The arithmetic unit 140 can take this time interval into account for determining the influence, for example with a multiplier that increases exponentially as a function of the time interval.

Typischerweise werden aktualisierte Wetterdaten in einem Abstand von 6 Stunden geliefert. Solange diese Wetterdaten tatsächlich alle 6 Stunden geliefert werden, kann es ausreichend sein, die Abweichung zwischen A' und V1, A'' und V1', usw. zu ermitteln. Es kann allerdings sinnvoll sein, auch die längerfristige Abweichung über mehr als einen zukünftigen Zyklus (also zwischen A'' und V2, A''' und V2') zu ermitteln, um für den Fall von ausbleibenden Wetterdaten ebenfalls einen Einfluss auf das Luftfahrzeug ermitteln zu können.Typically updated weather data is provided every 6 hours. As long as this weather data is actually delivered every 6 hours, it can be sufficient to determine the difference between A ' and V1 , A '' and V1 ' , etc. to determine. However, it can make sense to also check the longer-term deviation over more than one future cycle (i.e. between A '' and V2 , A '' ' and V2 ') in order to be able to determine an influence on the aircraft in the event of missing weather data.

Die Wetterdaten werden in dem Datenspeicher 160 gespeichert. Die Abweichung zwischen Vorhersage aus einem vorangegangenen Empfangsschritt und tatsächlicher Wetterlage in einem unmittelbar folgenden Empfangsschritt wird durch den Prozessor laufend ermittelt. Um eine höhere statistische Aussagekraft zu erreichen, kann diese Abweichung über mehrere Tage oder sogar Wochen ermittelt werden.The weather data is in the data memory 160 saved. The deviation between the forecast from a previous receiving step and the actual weather situation in an immediately following receiving step is continuously determined by the processor. In order to achieve a higher statistical significance, this deviation can be determined over several days or even weeks.

Die so ermittelte Abweichung ist das Maß der Unsicherheit bei der Berechnung des Einflusses der Wetterdaten auf ein Luftfahrzeug bei ansonsten bekannten oder vorgegebenen Bedingungen. Die Unsicherheit dient dazu, um einen an sich genau berechenbaren Einfluss des Wetters auf das Luftfahrzeug mit einer Bandbreite möglicher Abweichungen zu versehen. Somit kann die Flugroute mit einem statistisch wahrscheinlichen Bewegungskorridor versehen werden.The deviation determined in this way is the degree of uncertainty when calculating the influence of the weather data on an aircraft under otherwise known or specified conditions. The purpose of the uncertainty is to provide a precisely calculable influence of the weather on the aircraft with a bandwidth of possible deviations. The flight route can thus be provided with a statistically probable movement corridor.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ oder „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.In addition, it should be noted that “comprising” or “having” does not exclude any other elements or steps and that “a” or “an” does not exclude a plurality. It should also be noted that features or steps that have been described with reference to one of the above exemplary embodiments can also be used in combination with other features or steps of other exemplary embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be regarded as a restriction.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

9090: Systemsystem
100100: Vorrichtung zum Ermitteln eines Bewegungskorridors eines LuftfahrzeugsDevice for determining a movement corridor of an aircraft
110110: erste Schnittstellefirst interface
120120: zweite Schnittstellesecond interface
130130: dritte Schnittstellethird interface
140140: RecheneinheitArithmetic unit
150150: AnzeigeeinheitDisplay unit
160160: DatenspeicherData storage
200200: LuftfahrzeugAircraft
210210: DatenübertragungsschnittstelleData transfer interface
220220: PositionsermittlungseinheitPosition determination unit
230230: TelemetriedatenerfassungTelemetry data acquisition
300300: WetterinformationsquelleWeather information source

Claims

Device (100) for determining a movement corridor for lightweight aircraft (200), the device comprising: a first interface (110) which is designed to receive aircraft data relating to the lightweight aircraft (200), the aircraft data containing at least flight characteristics and functions of the lightweight aircraft; a second interface (120) which is designed to receive weather data from a weather information source (300), the weather data being weather forecasts and current weather data and at least containing air movements in an altitude profile between a maximum flight altitude of the lightweight aircraft and the surface of the earth; a computing unit (140) which is designed to compare the aircraft data with the weather data and to determine a probable movement corridor of the aircraft.

Device (100) after Claim 1 , wherein the computing unit (140) is designed to create a model of the lightweight aircraft based on the aircraft data and to use this model to simulate a sequence of waypoints of a flight route on the basis of the weather data and thereby to determine the likely movement corridor of the aircraft.

Device (100) after Claim 1 or 2 , the weather data being measurement data from weather stations or from weather sensors in the aircraft.

Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the weather data contain at least one parameter from the following group of parameters: wind speed based on one or more altitude values above sea level, wind direction, amount of precipitation, cloud cover, vertical wind speed.

Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the device is designed to receive the weather forecast from the weather information source (300) in repetitive receiving steps, the weather forecast being based at least on air movements in an altitude profile between a maximum altitude of the lightweight aircraft and the surface of the earth relates.

Device (100) after Claim 5 , wherein the computing unit (140) is designed to compare the weather forecasts from a previous receiving step with actual weather data from a subsequent receiving step and to determine a discrepancy between the weather forecasts from the previous receiving step and the actual weather data from the subsequent receiving step, in order to create an uncertainty in the weather forecast to determine.

Device (100) after Claim 6 , wherein the computing unit (140) is designed to use historical weather forecasts and weather information of the associated weather conditions that have actually occurred to determine the uncertainty of the weather forecast.

A system (90) for determining a movement corridor for lightweight aircraft (200) and for operating such a lightweight aircraft, the system comprising: a lightweight aircraft (200) with a position determination unit (220) and a telemetry data acquisition (230); an apparatus (100) according to any preceding claim; wherein the position determination unit (220) is designed to determine a position of the lightweight aircraft in relation to the earth's surface and to transmit it to the device; wherein the telemetry data acquisition (230) is designed to acquire parameters of the lightweight aircraft and to transmit them to the device; wherein the device is designed to determine, based on the transmitted position of the lightweight aircraft and the parameters of the lightweight aircraft and the weather data, whether the lightweight aircraft is maneuverable.

System (90) according to Claim 8 wherein the telemetry data acquisition (230) comprises a plurality of sensors; wherein each sensor of the plurality of sensors is configured to detect a parameter of the lightweight aircraft; The parameters of the lightweight aircraft are selected from the following group of parameters: structural integrity of a fuselage of the lightweight aircraft, operability of control flaps, drive power, efficiency of the energy generator, state of charge of the energy storage, energy consumption by consumers.

Method for determining a movement corridor of lightweight aircraft (200) with a device according to one of the Claims 1 to 7th The method comprising the following steps: reading in aircraft data relating to the lightweight aircraft (200), the aircraft data containing at least flight characteristics and functions of the lightweight aircraft; Obtaining weather data from a weather information source (300), the weather data including at least weather data from the past and including at least air movements in an altitude profile between a maximum flight altitude of the lightweight aircraft and the surface of the earth; Matching the aircraft data with the weather data; Determine whether the lightweight aircraft is maneuverable with the received weather data and on the basis of the aircraft data.